火电厂锅炉受热面管弯头在役涡流检测装置研究

魏玉芳

【摘  要】电站锅炉本体中的省煤器管、水冷壁管、过热器管、再热器管简称受热面四管，是电站锅炉的重要组成部件，主要承担着加热给水，蒸发给水和加热蒸汽的重要任务。研制了锅炉受热面管检测专用阵列低频涡流探头，以实现火电厂在役锅炉受热面管的无损检测。

【关键词】火电厂锅炉受热面管弯头;在役涡流检测装置;

前言

目前，在涡流检测技术研究方面，针对传统涡流检测所表现出来的一些不足，国内外研究者在完善涡流检测技术的同时，也提出了更多、更新的检测技术，

一、涡流检测基本原理

由于电磁感应，当导体处在变化的磁场中或相对磁场运动时，在导体内部会产生感应电流，自成闭合回路，呈旋涡状流动，称之为涡旋电流，简称涡流。涡流检测的基本原理可表述为：当载有交变电流的检测线圈靠近导体试件时，由于激励线圈磁场的作用，试件中会产生涡流，而涡流的大小、相位及流动形式受到试件导电性能的影响，同时产生的涡流也会形成一个磁场，这个磁场反过来又會使检测线圈的阻抗发生变化，因此，通过测定检测线圈阻抗的变化，即可判断被测试件的性能及有无缺陷等。当直流电流通过导线时，横截面上的电流密度是均匀的。但如果是交变电流通过导线，则导线周围变化的磁场也会在导线中产生感应电流，从而会使沿导线截面的电流分布不均匀，表面的电流密度较大，越往中心处越小，按负指数规律衰减，尤其是当频率较高时，电流几乎是在导线表面附近的薄层中流动，这种电流主要集中在导线表面附近的现象，称为趋肤效应现象。涡流透入导体的距离称为透入深度。定义涡流密度衰减到其表面时的透入深度为趋肤深度，表征涡流在导体中的趋肤程度，频率越高、导电性能越好或导磁性能越好的材料，效应越显著。

二、火电厂锅炉受热面管弯头在役涡流检测装置

1.检测系统。探头壳体上设置有与探头插座相连的冻结调零开关，当仪器出现异常信号时，冻结调零开关可以锁定屏幕图像，以便进一步观察判定。以往操作仪器时需先搁置探头，然后再按下仪器冻结开关，由于仪器相移扫描曲线是随时间滚动的，因而将产生时间差，难以及时捕捉到检测信号;另外，扫查检测过程中现场会出现各种干扰，导致基线偏离零点，需及时调整归零。将仪器调零开关前置，在低频阵列扫查探头外壳上设置调零开关，调零操作便得心应手。在没有壁厚减薄和缺陷的地方，电磁场的信号强度变化平滑，当探头移动到有壁厚减薄和缺陷的地方时，可以检测到一个更强的电磁场信号，信号放大后经模数转换成数字信号送入控制器，并在显示器上显示，即可获得反映管道缺陷的图形。

在没有壁厚减薄和缺陷的地方，电磁场的信号强度变化平滑，当探头移动到有壁厚减薄和缺陷的地方时，可以检测到一个更强的电磁场信号，信号放大后经模数转换成数字信号送入控制器，并在显示器上显示，即可获得反映管道缺陷的图形。为保证使用效果，壳体一端设置有用于同步记录检测数据的编码器，编码器安装在壳体的尾部并安装扭簧，利用扭簧弹力压紧，确保壳体行走过程中始终与待测钢管的管壁接触，以实时采集阵列扫查探头轴向扫查的距离，同步记录检测数据，便于数据的后期处理、存档。低频振荡器经计算机控制激励线圈，所产生的磁通覆盖了8 个接收线圈。若被测管在探头的有效区域内完好无损，空间散射的漏磁通均衡对称，各检测线圈输出为零。当探头扫查检测到被测管上的垢下腐蚀等缺陷时，缺陷对磁通和涡流场的扰动使漏磁通出现非对称分布，缺陷上的各检测线圈产生失衡信号，即检测信号。探头的检测信号经前置低噪放大器放大后，再经滤波和自动数字式电子平衡处理，滤波器和自动平衡的时间常数均可由计算机设置。滤波和平衡后的缺陷信号进入可调相位放大器放大，然后经模数信号进行特殊处理。为形象描绘缺陷的形状、大小，软件特别设计了三维C 扫描绘图功能，在有效扫描区内，各相位-时间扫描曲线可以合成三维C 扫描立体图像。

2.缺陷评定过程。（1）确定判废标准并进行标定。判废标准为DL /T 939—2016《火力发电厂锅炉受热面管监督技术导则》中的规定：水冷壁、省煤器、低温段过热器和再热器管，壁厚减薄量不宜超过设计壁厚的30%。对于高温段过热器管，壁厚减薄量不应超过设计壁厚的20%。设计制作轴向和周向人工缺陷对比样管，样管的最小人工缺陷槽深度均取管壁的20%，并对人工缺陷信号进行标定，大于最小人工缺陷槽深度的缺陷信号判定为不合格钢管。（2）缺陷定位。确认存储缺陷的具体位置，可以选择外触发，即探头上编码器的脉冲信号触发。此时P - T 扫描曲线与低频探头扫查检测同步，探头向前扫查检测，P - T 扫描曲线同步向前滚动显示，屏幕上同时显示探头扫查检测走过的距离。当遇到疑义需要复查时，探头往回扫查检测，则屏幕上实时擦除与探头后退走过的距离相等的P - T 扫描曲线，从而确定缺陷的轴向距离。阵列低频涡流探头中的各检测线圈等间距均匀布置，均可独立工作，并与显示屏上的P-T 扫描曲线一一对应。实施检测时，探头附着于管壁，当探头经过有缺陷的管壁时，阵列检测线圈中的相应线圈就会切割漏到管壁外的磁力线而感应出一个最大的电压信号，该线圈的阻抗也会发生变化并呈现在P - T 扫描曲线上，从而确定缺陷的周向位置，并对周向或轴向缺陷进行记录。（3）缺陷复核。将定位的缺陷表面清除干净，涂上耦合剂，用超声波测厚仪复测，检测结果应与阵列低频涡流法一致，否则需要重新对检测系统进行标定后复检。（4）每隔2 h 用灵敏度对比试管校验1 次，若灵敏度对比试管上人工缺陷难以辨别，则之前检测无效。

3.现场检测及结论。为保证缺陷深度为管壁20% 的缺陷具有较高的检出能力，设计制作了轴向和周向人工缺陷对比样管，样管的最小人工缺陷槽深度均取样管壁厚的20%，调整检测参数，确保此类缺陷在阵列低频涡流检测中具有较高的缺陷分辨力，达到现场检测目的。实施现场检测时，以缺陷信号幅度大于壁厚20% 的人工缺陷幅度为判废标准，通过合理更换不合格受热面管，避免锅炉运行中受热面管因壁厚减薄而发生胀粗或泄漏事故。采用所研制的涡流检测设备对高温再热器弯头内外弧面进行现场检测时，干扰信号得到了有效控制，检测灵敏度较高，同时操作方便。对P - T 曲线进行数据分析，截取人工缺陷信号进行展宽、放大，分别计算显示其相位偏差值，缺陷深度以及缺陷深度占管壁厚度的百分比。发现炉第2 根弯头外弧面存在缺陷信号，其余未发现异常信号，经过对信号异常部位进行表面打磨和渗透检测复查，发现了密集性裂纹状缺陷，与涡流检测结果一致。通过涡流检测装置的现场应用测试可以看出，这种检测技术无需对被检测管件表面进行打磨，且适合远距离作业，具有灵敏度高、快捷、高效等特点，检测结果具有较高的可靠度。

结束语

以火电厂在役锅炉受热面管为研究对象，针对其弯头部位较易发生氧化腐蚀而较难实现在役无损检测等问题，，检测准确度高、速度快、省时省工且易于实施，可以有效实现锅炉受热面钢管腐蚀缺陷实现的无损检测。

参考文献：

[1]刘云龙，李登科，秦永亮，等. 火电厂锅炉受热面管弯头在役涡流检测装置研究[J]. 中国电力，2016，49（11）：129 - 134.

[2]万丛，王恩禄，徐煦，等. 锅炉受热面高温腐蚀类型及其机理分析研究[J]. 锅炉技术，2018，48（2）：1 - 4

（作者单位：白音华金山发电有限公司）