火电厂锅炉奥氏体不锈钢弯头在役涡流检测装置研究.pdf

第 4 6 卷增 刊 2 2 01 5年 1 O月 锅 炉 技术 B0I LER TECHN0L0GY Vo 1 ． 4 6，S u p p l e me n t 2 Oc t ．，2 O1 5 火电厂锅炉奥氏体不锈钢弯头在役涡流检测装置研究 沈丁杰 ，邹建伟 ，彭碧草 ，杨湘伟 1 ．国网湖南 省电力公司 电力科学研究 院 ，湖南 长沙 4 1 0 0 0 7 ； 2 ．湖 南省湘电锅炉压力容器检 验中心有限公司 ，湖南 长沙 4 1 0 0 0 4 摘 要 通过对 E T 一 5 5 6 H 多频 涡流 检测 仪进行 内部模块增加和传统 的多 频混合运算 法优化改造 升级后 ， 有 效解决 了火 电厂锅 炉奥 氏体不锈钢管 弯头在役涡流检测远距离作业造成 的信号衰减 、 弯头 曲率 半径不均匀 带 来的提离信号 和马鞍型阵列式探 头中点式 涡流线 圈之 间互 感引起 的噪声 信号等 问题 ； 同时 ， 设计制 作 了马 鞍 型阵列式涡流探 头 ， 满足 了在役检测便捷 、 高效的要求 。 关键词 奥 氏体不锈钢 ；弯头 ；涡流检测 ；马鞍型 阵列式 涡流探 头 中图分类号 T K2 2 3 ． 1 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 O 1 5 S 2 0 0 4 5 0 3 0 前 言 随着技术 的发 展 ， 火 电机组 向高 参数 、 大容 量发展 ， 大量采用 高等级金 属材料 ， 如锅炉受 热 面管子大量采用 TP 3 0 4 H 和 TP 3 4 7 H 奥氏体不 锈钢管n ] 。奥氏体不锈钢管长期运行在 高温、 高 压等恶劣环境中 ， 在折弯处 和弯头经常出现横 向 应力腐蚀裂纹 ， 导致锅炉爆 管停机 ， 造成重 大经 济损失L 2 。 ] 。为此 ， 在火 电厂停机检修期 间， 需对 锅炉过热器 、 再热器的奥 氏体不锈钢管弯头进行 检测 ， 及时发现缺 陷并进行有 效处理 ， 消 除设 备 隐 患 ， 保 证 机组 安全 运行 。 目前 ， 用于奥氏体不锈钢管表面缺陷检测的 方法 主要有 渗 透 检 测 和 涡 流 检 测[ 4 ] 。 涡 流 检 测 由于 具 有 检 测 速 度 快 、 灵 敏 度 高 、 成 本 低 等 优 点[ 5 ] ， 而作为火电厂锅炉奥 氏体不锈钢管弯头检 测 的首 选 。本 文 针 对 火 电 厂 锅 炉 奥 氏 体 不 锈 钢 管弯 头 在役 检测 环 境 恶 劣 、 需 要 远 距 离 作 业 的 特 点 ， 研究 出一种结 构轻巧 、 能对奥 氏体不锈管 弯 头进 行 便 捷 、 快 速 有 效 在 役 检 测 的 涡 流 检 测 装置 。 1 实验设 备 1 ． 1涡 流检 测 仪的 改造 升级 高性能的涡流检测设 备是发现缺 陷、 分析缺 陷的必要保证 。火 电厂锅炉奥 氏体不锈钢 管在 役检测环境恶劣， 涡流检测需远距 离作业 ， 检测 探头与涡流检测仪之间需较长 的电缆线进行 连 接 ， 将导致仪器输 出功率大 大降低 ， 探头 驱动信 号和缺陷检测信号极大的衰减， 仪器对缺 陷信号 的分辨 率 和灵敏 度 也 大大 降 低 。 同时 ， 空 间磁 场 等干扰信号也会成倍增加 。另外 ， 不锈钢弯头 曲 率不均匀会带来的提离噪声 ， 马鞍型阵列式涡流 传感器中点式涡流线圈之 间互感现象也会 引起 很大的噪声 信号 。为解 决上述 问题 ， 对 传统 的 E T 一 5 5 6 H 多频 涡流检 测仪 进行 了改 造升 级 。 1 增 加 内部模 块 为了提高检测信噪 比， 在仪器内部增加 内置 放 大模 块 ， 根 据专 制 探 头进 行 合 理 的 阻抗 变 换 匹 配优化设计 ， 并在仪器内部增加探头功率驱动模 块以抵消探头电缆延长线带来 的信号衰减 ， 信噪 比降低 等 问题 ， 改 造原 理如 图 1 。 圆 圈 图 1 改造后电路原理示意图 收稿 日期 2 0 1 50 22 8 作者简介 沈丁杰 1 9 8 1一 ， 男 ， 硕士 ， 高级工程师 ， 主要从事 电站锅 炉压力容器检验 、 电站金属部件检验检测与失效分析 等工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 6 锅 炉 技 术 第 4 6 卷 2 优 化 多频 涡流混 合 运算 传统的 A一 多频混合演算法 的原理是利用 缺陷信号 和噪声信号在不 同激励 频率下相位变 化不 同 的 特 性 对 信 号 进 行 相 位 、 幅 度 线 性 变 换 后 ， 再进行 相 减 运 算 以达 到抵 制 噪 声 ， 提 高 信 号 信噪比L 6 。 为减少不锈钢管弯头 曲率不均 匀会带来 的 提离信号和 马鞍型阵列式涡流传感 器 中点式涡 流线 圈之 问互 感 现象 引 起 的干扰 信 号 ， 使 两 两 互 为激 励 、 互 为 接收 的点 式 涡流 线 圈 相 当 于独 立 的 单个点式涡流线 圈， 进一步提 高信噪 比， 对原有 传统的多频混合运算法进行改进优化 ， 改为双频 混合激励对二维阵列涡流传感器两两进行驱动 ， 并对二维阵列 涡流传 感器之间产生 的互 扰进行 多频 复合演 算 。 1 ． 2 探头 设计 制作 1 马鞍型阵列式涡流传感器研制 为 提 高 检 测 效 率 ， 设 计 了 马 鞍 型 阵 列 式 涡 流 传感 器 。传感 器 可根 据 被测 奥 氏体 不 锈 钢 管 外 径 大 小 设 计 由 数 个 二 维 阵 列 点 式 涡 流 线 圈排列 组成 ， 可覆盖被 测奥 氏体不 锈钢 管半个 圆周 面 ， 免 除 了周 向扫 描 动作 ， 仅需 轴 向运行 一 次 即 可 实 现 不 锈 钢 管 弯 头 半 个 弧 面 检 测 。 二 维 阵 列 点 式 涡 流 线 圈 依 据 多 频 涡 流 混 合 技 术 和 多路 涡 流 技 术 采 集 数 据 ， 两 两 互 为 激 励 和 接 收 ， 且 不 受 相 互 之 间 变 化 不 定 的 电 感 量 的 干 扰 。 2 摆角 式双 叉探 头支 架 为使手 动操 作 轴 向 扫查 时吻 合 状 态 更 理 想 ， 对探头装置进行 了特别设计 。将马鞍 型阵列式 涡流传感器安装于双叉式探头支架上 ， 这样传感 器 可 随操作 者 的摆 动 而 自动调 整 转 角 ， 做 到 周 向 定 位精 准 ， 轴 向扫查 顺 畅 ， 如 图 2 。 竿 广 _ 、 7 Z ． ． 图 2 探头设计示 意图 1 ． 3 对 比试 样 为 评价 仪器 、 探 头 的检 测 效 果 和建 立 评 价 奥 氏体不锈钢 管弯头 检测质 量符 合标 准 ， 根 据 国 内各 火 电 厂 锅 炉 受 热 面 奥 氏体 不 锈 钢 管 材 质 、 规 格 情 况 ， 采 用 6根 外 径 大 小 分 别 为 3 8 mm、 咖 4 5 mm、 5 1 mm、 5 4 mm、 5 7 mm、 6 3 mm 的 备 用 奥 氏 体 不 锈 钢 管 材 质 为 TP 3 4 7 H 或 TP 3 0 4 H 设计制作 了 6种不 同规格 的对 比试 样 。每一个 对 比试样 采 用 电火花 加工 了 8个 深 度 分 别 为 0 ． 2 mm、 0 ． 4 mm、 0 ． 6 mm、 0 ． 8 mm、 1 ． 0 m m、 1 ． 5 mm、 2 ． 0 mm、 2 ． 5 mm 的 周 向槽 和 2个深 度 分别 为 0 ． 5 mm、 1 ． 0 mm 的轴 向 槽人工缺陷 槽宽 0 ． 2 mm、 长 2 5 ram ， 分别用来 模 拟 周 向 和 轴 向 线 性 缺 陷 ； 并 按 标 准 GB ／ T 7 7 3 5 2 O O 4 钢 管 涡 流探 伤检 验 方 法 验 收 等级 A、 B要求分别加工径 向通孔各 1个 ， 用来模拟点 腐蚀 、 材料夹杂、 成分偏析 、 热处理或磁性不均匀 等缺 陷 ] 。人 工缺 陷布 置如 图 3 。 图 3奥氏体不锈钢管对 比试样示 意图 2 实验分析 2 ． 1噪声 干扰 实 验 将 马鞍 型阵列 式 涡流传 感器 连 接改 造前 E T 一 5 5 6 H 多 频涡 流检 测仪 ， 检 测 规 格 为 4 5 mm、 材 质为 TP 3 4 7 H的奥 氏体不锈 钢管对 比试样上各 人工缺陷， 发现马鞍型阵列式涡流传感器 中各点 式涡流线 圈之 间的互感现象 引起 的噪声信号很 大， 缺陷信号却大幅衰减。 将 马 鞍 型 阵 列 式 涡 流 传 感 器 连 接 对 传 统 的多 频 混 合 演 算 法 进 行 改 进 优 化 后 的 E T - 5 5 6 H 多 频 涡 流 检 测 仪 ， 检 测 同 一 对 比试 样 上 各人工缺 陷， 发现 上 述 干扰 现 象基 本 消 除 ， 对 比试 样 上 各 标 准 人 工 涡 流 信 号 清 晰 、 明 显 ， 信 噪 比大 幅提 高 。 2． 2 信 号衰 弱 实验 将马鞍型阵列式涡流传感器连接 电缆 线分 别延 长 至 3 0 m 和 6 0 m 后 连 接 改 造 前 E E T - 5 5 6 H 多频 涡流 检测 仪 ， 检 测 规格 为 咖 5 1 mm、 材 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 增刊 2 沈丁杰 ， 等 火 电厂锅炉奥 氏体不锈钢弯头在役 涡流检测装 置研究 4 7 质为 TP 3 0 4 H 的奥 氏体不锈钢管对 比试样上各 人工 缺 陷 ， 发 现 电缆 线延 长 至 3 0 m 时 ， 将 仪器 增 益值调到最高值 ， 对 比试样上各人 工缺 陷勉 强可 分辨 ， 但信号幅值非常小 ； 当电缆线延长至 6 0 m， 将仪器增益值调 到最 高值时 ， 深 度≤0 ． 8 mm 的 人工 缺 陷 已无 法 分辨 。 将马鞍 型阵列式 涡流传感 器 3 0 m 和 6 0 m 电缆延长线 分别连接经增 加 内部模块 改造后 的 E E T 一 5 5 6 H 多 频 涡流 检 测 仪 ， 检 测 同一 对 比试 样 上各人工缺陷 ， 发现仪器仅需增益 4 0 d B ， 对 比试 样上 各 人工 缺 陷均 可清 晰分 辨 。 3 结 语 1 马鞍 型阵 列式 涡 流 探 头结 构 轻巧 、 新 颖 、 操作方便 ， 且能很好地 与 检测 面吻合 ， 可便 捷 、 高 效 地 对 火 电 厂 锅 炉 奥 氏 体 不 锈 钢 管 弯 头 进行在 役 检测 。马 鞍 型 阵列 式 涡 流传 感 器 设 计免除 了周 向扫描 动作 ， 仅 需轴 向运行 1次 即 可实现 不锈 钢 管 弯 头半 个 弧 面 检测 。双 叉 式 探 头 支 架 设 计 可 使 涡 流 传 感 器 随 操 作 者 的 摆 动而 自动调 整 转 角 ， 周 向定位 精 准 ， 轴 向扫 查 顺 畅 。 2 E T 一 5 5 6 H 多频 涡 流 检 测 仪 增 加 内部 模 块后 ， 确保二 维 阵列点 式涡 流线 圈 的总阻抗 与 多频涡流 检测仪输 出阻抗 匹配 ， 从 而使仪器 输 出功率最 大 ， 有 效解决 了由于探头 电缆线 延长 带来 的信号衰减 、 信噪 比降低等 问题 ， 更适合远 距 离 、 高 空 作业 。 3 优化多频涡流混合运算后 ， 明显抵制弯 头曲率不 均匀带 来 的提 离噪声 ， 提 高信号 信噪 比； 同时有效剔 除 了二维 阵列 点式 涡流线 圈相 互之间互感 引起 的噪声 信号 干扰 ， 使两两互 为 激励 、 互 为 接 收 的点 式 涡 流 线 圈 相 当 于 独 立 的 单 个点 式 涡 流 线 圈 。 参 考文 献 E 1 3周荣灿 ， 范长信 ， 李尧君．电站 用材 的现状及 发展 趋势E J ] ． 钢 管 ， 2 0 0 6 ， 3 5 1 1 9 2 5 ． [ 2 ]龙会 国， 陈红冬 ， 李光．TP 3 0 4 H 锅炉 管运行 泄漏 原 因分析 [ J ] ．腐蚀科学与防护技术 ， 2 O l O ， 2 2 6 3 1 3 3 1 7 ． E 3 ]龙会 国， 陈红冬 ， 万克洋 ．锅炉高 温过热器 弯管 的失效 分析 E J ] ．腐蚀 与防护 ， 2 0 0 8 3 1 5 7 1 5 9 ． E 4 3王晓雷．承压类特种 设备无损 检测相关 知识[ M] ．北 京 中 国劳 动社会保障 出版社 ， 2 0 0 7 ． E 5 ]徐 可 北 ， 周 俊 华．涡 流 检 测 [ M] ．北 京 机 械 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 4 ． I- 6 ]无损检测 Ⅱ级人员培训教材 涡流检测法 [ R] ．华 东电网无 损检测人员 资格考委会 ， 厦 门涡流检测技术研究所 ， 1 9 9 9 ． [ 7 3 GB ／ T 7 7 3 5 --2 0 0 4 ，钢管涡流探伤检验方法I- s ] ．北京 中 国 标准 出版社 ， 2 0 0 4 ． St u d y o n E d d y Cu r r en t Te s t i n g E q ui p me n t f o r Au s t e ni t i c St a i n l e s s St e e l Pi p e E l b o w i n Th er ma l P ow e r Pl a n t B oi l et S HE N Di n g j i e ’ ， Z OU J i a n we i ， 。 ， PENG Bi c a o ’ 。 ， YANG Xi a n g we i ， 1 ．H u n a n El e c t r i c P o we r Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Ch a n g s h a 4 1 0 0 0 7，Ch i n a ； 2 ． Hu n a n Xi a n g d i a n B o i l e r Pr e s s u r e I n s p e c t i o n Ce n t e r Co ．，Lt d ． ，Ch a n g s h a 4 1 0 0 0 4，Ch i n a Abs t r a c t W i t h t he he l p o f i n t e r na l mod ul e a u gme n t a nd c o nv e n t i o na l mul t i f r e q u e nc y m i x e d a l g or i t h m u pg r a de f o r ET一 5 5 6 H mul t i f r e q ue nc y e d dy c ur r e n t a n a l y z e r， t he d e t e c t i on pr o bl e ms o f a u s t e ni t i c s t ai nl e s s s t e e l p i pe e l b ow s u c h a s s i gn a l a t t e nu a t i on，l i f t - o f f no i s e a nd i nd uc t a nc e n o i s e a r e s o l v e d e f f i c i e nt l y，wh i c h h a v e r e s ul t e d f r om r e s p e c t i v e l y r e m o t e t e s t i ng， un e qu a l e l bo w r a d i u s a n d m u t u a l i n du c t a n c e be t we e n mi d p oi n t e d dy c u r r e nt c o i l s o f s a d dl e a r r a y s e ns o r ． I n a dd i t i o n， t he s a d dl e a r r a y e d dy c ur r e nt s e ns o r wa s d e s i g ne d t o a c hi e ve c onv e n i e n t a n d e f f i c i e nt t e s t i n g． K ey wor d s au s t e ni t i c s t a i nl e s s s t e e l t u be； e l b ow； e d dy c u r r e nt t e s t i n g； s a d dl e a r r a y e ddy c ur r e n t s e ns or 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m