远场涡流技术在电站锅炉检验中的应用

王 雪 李 秦 赵吉鹏 王文文

（甘肃省锅炉压力容器检验研究院 兰州 730020）

远场涡流技术在电站锅炉检验中的应用

王 雪 李 秦 赵吉鹏 王文文

（甘肃省锅炉压力容器检验研究院 兰州 730020）

近年来，在电站锅炉水冷壁管检验中除使用传统方法外，检测人员开始尝试引入远场涡流新技术。本文在阐述远场涡流检测技术的原理和发展后，介绍了其在电站锅炉水冷壁管上的应用试验，成功检出点蚀和分层缺陷。可见，该技术不但可以有效检查常见缺陷，而且能发现传统方法容易漏检的其他缺陷。因此，远场涡流检测技术具有重要的推广价值。

远场涡流检测技术 水冷壁管 电站锅炉 分层缺陷

远场涡流（RFEC. Remote Field Eddy Current）检测技术是一种能穿透金属管壁的低频涡流检测技术。1951年美国的W.R.Maclean首次申请了远场涡流技术专利。1958年美国壳牌石油公司发展部尝试使用这种技术测试石油管道的外壁腐蚀情况[1]，并于1961年研制出第一个在役管道远场涡流检测系统。1984年基于Schmidt对远场涡流效应机理的解释，远场涡流作为无损检测技术用于铁磁性管道检测的优越性得到了各个领域的认可。此技术在石油天然气输送管道、城市煤气供应管道及核反应堆压力管的检测中得到了实际应用[2]，但在电站锅炉检验中的应用尚在尝试阶段。

水冷壁是电站锅炉的重要部件，对它的检验是电站锅炉检验的重点之一。因为在烟气、煤灰、火焰、内部高温高压汽水混合物的作用下，水冷壁管中原有缺陷极易扩展，并且易产生腐蚀、磨损等新损伤，如未及时发现并有效控制或消除，将导致管体发生爆裂、介质泄漏等严重事故[3]。目前检验水冷壁管一般为抽检，采用宏观检验、超声波测厚和表面无损检测等手段，检测时间长，效率低，缺陷漏检风险大。而远场涡流检测技术可以100%覆盖被检测管道，灵敏度高，涂层、污物、探头提离对检测结果影响小，检测线圈位置对灵敏度影响小，不受趋肤效应影响，仪器操作简便[4]，应用于电站锅炉检验具有独特的优势。若先用远场涡流设备全面检查，发现缺陷信号、确定缺陷位置后运用其他检测手段对缺陷定性定量，对加快检测速度、提高检验效率、防止缺陷漏检具有重要的现实意义。

1 远场涡流检测技术原理

图1 远场涡流效应示意图

图1-（a）是远场涡流检测常用的内通过式探头示意图，由激励线圈和检测线圈构成。激励线圈通以低频交流电J，由于电磁感应作用，线圈周围空间产生缓慢变化的磁场B，时变磁场B激发出时变涡旋电场E，金属管壁内形成呈闭合回路、漩涡状流动的电流（即涡流）Je，同时涡流又在其周围空间产生时变磁场。因此，金属管壁内外的磁场是由线圈内的传导电流J和金属管壁内的涡流Je产生的磁场的矢量和。通常远场涡流检测系统不是测量检测线圈的阻抗变化，而是测量检测线圈感应电压与激励电流之间的相位差[5]，利用接收到的信号能判断出金属管壁上的缺陷和管壁的厚薄。

研究表明，远场涡流检测探头的检测线圈与激励线圈的间距必须为2～3倍被测管内径，这使得检测线圈位于间接耦合占优势的远场区[1]。此区域检测线圈管内外壁感应电压的幅值下降趋势相同且均明显减缓，而且检测线圈管内壁感应电压的相位不再跃变。

2 电站锅炉水冷壁管缺陷检测实例

本次检测是在对甘肃电投金昌发电有限责任公司的2#电站锅炉进行定期检验时完成的，锅炉型号为WGZ1170/17.5-I。

2.1 检测仪器

采用加拿大的Russell NDE公司开发的多功能、高精确度和缺陷敏感度的Ferroscope 308远场涡流检测系统。针对本次检验选用型号为F308-12Ch-0022的外置式探头，外观如图2所示，由3个绝对线圈和9个差动线圈组成。其中绝对线圈主要用于检测特别大的缺陷和渐进的金属损失，差动线圈对点状和急剧变化的缺陷敏感。配套处理软件为Adept Pro MC 1.3.1.6.SC。

图2 F308-12Ch-0022的外置式探头外观图

2.2 标样管制备

为了获取与水冷壁管相同的检测状态、避免电磁特性方面的差异，标样管采用与被测水冷壁管相同的规格、材质及热处理状态，即φ60.3mm×7.5mm、SA-106C、正火态。电站锅炉水冷壁管在使用过程中常会出现点腐蚀、冲蚀等损伤，严重时发生泄漏。因此标样管设计了6种人工缺陷，尺寸见图3。通孔和不同深度的圆底孔用以模拟不同程度的点腐蚀，凹槽用以模拟管壁等厚减薄，深度渐变缺陷用以模拟冲蚀损伤。

图3 标样管加工尺寸示意图

2.3 仪器调整和校准

标样管获取的数据是仪器缺陷检测能力的衡量标准，表示水冷壁管上缺陷识别的敏感程度。因此，调整仪器，选择高灵敏度、产生的涡流不会使探头过热的工作频率和驱动电压[6]，获得合适的激发电流，使电磁场穿透标样管管壁，检出标样管上的最小缺陷，意味着仪器达到了要求的灵敏度，才能开始对电站锅炉水冷壁管的检测。

根据远场涡流对标样管上不同缺陷的响应情况，确定本次检测选取的工作频率为37Hz和74Hz，电压为9V和12V。用远场涡流探头检测标样管，系统获取数据后经软件处理得到图像，如图4所示。图4中1)～6)的曲线对应图3中1)～6)的缺陷。

图4 标样管远场涡流检测电压条状平面图

电压图曲线偏离基准线向左表示减薄，偏离基准线向右表示增厚[5]。曲线图更直观地显示了缺陷处管壁厚度的变化。74Hz曲线图较37Hz信噪比高，所以，实际检测中以74Hz曲线为准，37Hz曲线作为参考。

2.4 现场检测、数据处理与验证

为了使远场涡流检测探头底部和水冷壁管间的距离0.75 mm，保证探头检测灵敏度，现场检测前，用砂轮机将水冷壁管表面厚厚的焦层去除，露出金属壁。

按照测量标样管时设置的工作参数对水冷壁管进行检测。存在轻微点蚀的管子图像如图5所示，左边第1个曲线图是3个绝对线圈检测得到的，基本为直线，说明没有大的和深度渐变的缺陷；第2个和第3个曲线图是9个差动线圈在工作频率为37Hz和74Hz条件下检测得到的，以74Hz为准，曲线箭头示意处有摆动，认为有轻微点蚀。

图5 水冷壁管点蚀缺陷远场涡流检测电压条状平面图

图6显示管子有大厚度减薄现象。远场涡流检测中相位角和被测管厚度成正比，当管子壁厚减薄严重时，检测线圈所接受的信号相位大幅度提前，原始相位相差较大，软件无法计算减薄量[8]。

图6 水冷壁管分层缺陷远场涡流检测电压条状平面图

用传统超声波测厚仪测厚，此部位厚度仅有2.6 mm，初步判断为严重局部点蚀。做好缺陷位置标记后割下管子，并将其剖开，再次测厚，如图7所示，发现管外侧厚度最薄处为2.21 mm，管内侧厚度4.88 mm。

图7 水冷壁管分层缺陷超声波测厚照片

对无缺陷部位测厚，如图8所示，壁厚为7.21 mm。因此可以认为该缺陷是夹层，靠近管外侧。

图8 水冷壁管无缺陷处超声波测厚照片

3 结语

本文实例中远场涡流检测技术对在役电站锅炉水冷壁管分层缺陷的检出具有决定性作用，避免了重大缺陷的漏检，是只用传统手段无法实现的。

可见，在明确远场涡流检测技术优缺点的基础上将其应用于电站锅炉检验，可以实现快速全面检测、提高缺陷检出率和检验质量，及早发现潜在危险缺陷，使重特大事故防患于未然。因此，加快推动远场涡流检测技术在电站锅炉检验工作中的应用，对保证检验质量和电站锅炉的安全运行具有重要意义。

1 国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材 编审委员会.涡流检测[M].北京：机械工业出版社，2010.114.

2 廉纪祥.管道远场涡流检测技术的进展[J].油气储运，2004，23（7）：14～16.

3 金南辉，成德芳，牟彦春.电站锅炉水冷壁管远场涡流检测[J].无损检测，2008，30（7）：404～406，424.

4 V.Shen. Strengths of remote field technology for Inline inspection of pipelines with challenging conditions [EB]. Russell NDE systems INC.,2009.

5 金万里.远场涡流无损检测在电厂在役钢管中的应用研究[J].发电设备，2000，（1）：28～31.

6 唐丽芳，刘庆峰，种玉宝.远场涡流技术在锅炉水冷壁管检测中的应用[J].石油化工设备，2010，39（增刊1）：55～57.

7 Russell NDE systems INC.. Ferroscope• 308 使用手册[CD].www.russelltech.com,2003.

8 Russell NDE systems INC.. Ferroscope• 308 远场检测（RFT）仪器和Adept Pro MCTM软件[CD]. www. russelltech.com,2005.

※甘肃省科技支撑计划项目（No:2010G S 05530）

Application of Remote-field Eddy-current Technique in Power Station Boiler Inspection

Wang Xue Li Qin Zhao Jipeng Wang Wenwen
(Gansu Boiler and Pressure Vessel Inspection Research Institution Lanzhou 730020)

Remote-field eddy-current test technique has been used recently in the inspection of the waterwall tube of power station boiler. The development and principle of the remote-field eddy-current test technique is explained, and one applied experiment is introduced in this article, in which one pitting defect and one delamination defect is detected.This technique can not only detect normal defects but also other defects which can not detected easily by traditional methods.Therefore, the remote-field eddy-current test technique is valuable for popularization.

Remote-field eddy-current test technique Water-wall tube Power station boiler Layer defect

X924.4

：B

1673－257X(2014)12－25－04 D O I: 10.3969/j.issn.1673-257X.2014.12.007

王雪（1984～),女,硕士,工程师,从事承压类特种设备检验检测工作。

2014-07-13）