火力发电厂凝汽器铜管涡流探伤的应用.pdf

2 6 一j O 1 9 9 2 年第 5 期 ，疑 ，乍 同 繁，蝎 ； 甘 肃 电 力 总第 4 7期 火力发 电厂凝 汽器 铜管 涡流探伤 的应 用 甘 肃 省 电 力 试 验 研 究 所 李 兴 德 丁 2 。 ／ ／ __● 一 提 要 末文针对凝汽器铜管的役前和在枝涡流检测技术， 叙速了信号处理 仪 器参数设定方法和 探饬 结果分折 ． 1 、前 言 火力 发 电厂凝 汽 器 铜 管的 泄漏， 会 导致 凝 汽 结水 化 学 品 质 变化， 直 接 危 及 热 力 设 备 的安全经济 运行 。发电厂 如果 能将铜管 的 泄 漏降到最低 限度， 将对热力设备 的可靠性 效率 和使用寿命带来很 大好处 。 在 国 内， 火 国发 电厂凝 汽 器 铜管 泄漏 检 查 常用 的方 法有烟 气法、灌水 法 ， 薄膜复 盏 法、 泡 沫 法 和 卤素 法等， 这 些 方法 虽 然各 有 特 点， 但其 只 限于检查 已经泄漏的铜管， 而 对 管壁减薄 、 凹坑 、 鼓包 、 夹 杂和环状 痕等 缺 陷 无法检查， 用上述方法 检查 过的铜管， 有 可 能 在短期 内发生 腐蚀 泄 漏， 给 机组 带 来严 重 危 害 。采用涡 流探 伤法， 能够 克服 上 述检 查 的 缺 点， 并且 具有操作方便 、 测试 准 确 灵 敏 度 较 高等 优点，无 疑是铜管检查 中值得 开发 和 推广 的新技 术 。 2 、 涡 流 检 测 技 术 2 1 基 本原 理 涡流检 测是 依 据 电磁 感应理 论， 由交 变 电压发生器 、 检测线 圈和 指示 器 组成 ．交变 电压发生器供给检测线圈以激励 电流， 管壁 中感应产生周 向祸 流， 这 些 涡流 也 产生 一 交 变磁场叠加在初始磁 场上构成合成 的交变磁 场， 合成磁场确 定线 圈 的阻 抗， 通 过测 量、 分 析 线 圈阻抗 的 变化 便 可检 测铜 管 性 质 的 变 化 ． 涡流检测 的实 质， 就 是检 测线 圈阻抗 的 变化。 2 2 涡流信号 的处理 影响涡流检 测线圈阻抗的因素很多， 主 要的有电导率 磁导率 管材几何 尺 寸、提离 效应 、 缺陷等， 为 了在这诸 多变量影 响 中突 出 伤痕信息 ， 就应对取得 的信号 加 以各种 处理， 利用伤痕 信息 和其他干扰 因素 形成 的噪声 之 间的差 别， 也 就是 利用 它 们在 相 位，调 制 频 率 、 幅度 、 波形宽度 、 波形 形状等方 面 的差 别 来 区分它 们。 2 21 相 位分 析法 管材的各种 缺陷 裂纹 通孔， 凹坑等 维普资讯 火 力发电厂凝 汽器 铜管涡流探 伤的应 用 效应起阻抗 变化的方 向与其他干扰 因素 引起 的阻抗变化方 向具 有不 同的相 位， 因而 可 刺 用相位上的不 同来区分缺 陷和其他干扰信息， 这 种方法弥为相 位分析法或阻 抗分析法 ． 国 内仪器 中常用相敏 检波 器 。相 敏检 波 器的仪 器 方框 图和相敏 检波原理见 图 L 和 图 2． 图 1 采 用相 敏检 波器 的仪 器方 框 图 图 2 相 敏检 波 原理 在图 2 中， o 壤 示缺陷信号， o B 表示干扰 信号， 0 『 为相 敏控制 信 号， 删相 敏 检波器 的 输 出与 伤 信号 的幅度 O A 和 Ⅻ 有 关，即等 于 0 A 在 。吐的投彩 长度O A - 。 ∞ 若 当控 制 信号∞ 经 穆相 器 穆相 后 与 干扰 信 号 O B 相 差 时， 则 0 B - c o s , 0 B ． ∞s 即干扰信号在D T 上的投影 长度 为 q因而相敏检波器 的输 出不 包含 干扰信 号 o B ． Z Z 2 调 制分 析法 管材缺 陷信 号 的调 制频 率 高， 而 间距 干 扰信号引起的调制频率低， 因而可利用缺陷 信号和干扰信号调制频率的不同来区分缺陷 信 号和干优信 号。通常用 电子式 有源滤波 器 来实现 。 Z Z 3 幅度分 析法 利用缺陷信号和干优信号幅度上的差别 来区分缺陷信号和干扰信号．实现幅度分析 的电子部件称 为 幅 度鉴 别 器 。在 探 伤 中， 通 过 调节抑 制电平的高 低来抑 制不 同幅度的 干 扰信号 。但当抑制 电平调高 时也就可 能抑制 掉了一些小的缺陷信号， 而且缺 陷大小 与缺 陷信号幅度之间的线性关系变差， 缺陷波形 也 出现断续 。因此， 只有在缺陷信号幅度较 大时才能使用， 当干扰信号幅度大于缺陷信 号幅度时不能使用．在探伤 中， 确定合适 的 抑 制电平 就显得非常 重要 。 Z Z 4 相关分析法 为了抑制 外来 瞬 时 的干 扰信 号， 可 利 用 它与缺陷信 号在 出现时 间上的不 同来 加以 区 分 它要求有几个检测线圈同时工作， 而且 ， 这 几个检测线 圈对探到 同一缺 陷来讲具有一 固 定 的 时间 差， 如 图 3 所 示 。 只有 当 两个检 测 线 圈检测到 的信号在时间上相差固定的 时， 才作为信 号， 否则 就作 为 干扰 予 以 抑制 。手 动探 伤时， 我们采取多 次检查的方法 。 ∞检 测频 率选 择 由交变磁 场感应 的 涡流集 中在靠 近检 测 线圈的管材 表面附近 。涡流密度在器材 中的 维普资讯 火力 发电厂凝汽器铜管 涡流探 伤的应用 阿 制 用 时 间不 同的 信号 处理 分布具有趋 肤效应 ， 而 探伤 的灵敏 度 与涡 流 密度有关 。 因此 ， 要 根据 探 伤灵 敏度 探伤 速 度和探伤 深度选 择检测频 率 ． 由于趋 肤效应使流动 的涡流 随深 度 的增 加 涡流 密度 J 按数 规律 下 降 。因此， 探 伤 深 度越深， 频率 就越 低 。标准 趋 肤 深度 就是 指 涡流 密度 降低到 件表 面涡 流密度 的 3 7 ％时 的距 离。可用下式表示 f一 寺t √ - ． t 。 式中 d 标准趋肤深度 c m ； K一相 对 磁导率 r 激励 频率 m ； 管材的电导率 1 ／ n． ∞ p 管 材的电阻率 ． c a n 。 标准趋 肤深度 d 决定 于试 件 的 电磁 特性 及激励场的频率 。 、 f 越 高， 标 准趋 肤 深 度 越小， 因为 是管 材固有参数， 不能改变 ， 而频 率 f 在 检验 时可 自由选 择， 所 以我 们 可 由所要求的趋肤 深度 来选择频 率。 z 4 检 测线圈 在凝 汽器 铜 管 涡流探 伤 中， 可选 择 的检 测 线圈主要有 穿过 式 线 圈、 内插 式线 圈和点 式线圈 如图 4 。 穿过式 线 圈常 用于 役 前新 铜 管 的探 伤， 并且可实现测试 的在线 自动化庀 是目前最 常 呼 醢 a 穿过式 b内插式 图 3 检测 线 圈 的基本 形式 用和最活跃 的检测线 圈。 内插 式 线 圈用于 在役 铜管 的探 伤， 为 发 电 厂掌握凝 汽器 管 材腐 蚀 损坏 状 况， 采 取 防 漏、 堵漏措施提 供依 据 。它 也能 适 用 于成批 堆放着的管 材 内壁 探伤 。由于这种线圈在 探 伤时要来 回运动， 故 实现 自动化较为 困难 ． 点式 线 圈用 于管 材表 面精 确 探伤， 在 发 电厂 中较少使 用 。 2 5 检测标 准 涡流探 伤方 法 是 一种 相 对 的检 测方 法， 它是用人为加 工的 校准人工 伤 的刻痕或钻 孔作为校验标 准， 使 其综 合 反 映 自然缺 陷 的 当量 缺 陷。在 探 伤 前， 首先 用 带 有 校 准 人 工伤 的标 准 试验 管 标 定仪 器， 调 整 和 设 定 仪器的参数 。在 探伤 时， 当管 壁 材缺 陷超 过 ] c 点式 或等于 探伤标准即可在仪器 中反 映出来 声 、 光 报 警， 示 波 器 波 形 显 示 ， 判 为 缺 陷 管 。 在役铜 管检测是 涡流探 伤 中虽复 杂 的 问 题。由于管材在运行中循环冷却水侧受到腐 蚀 结垢 、冲击损 伤及 管 板对 信 号 的干 扰 等 原 因， 给涡流检测和信号分 析判别带来 困难， 很难制定 一个统一的判 断标 准 。目前 国内亦 无 统一 标准。 因此， 在 实际探伤 中， 可根据 所 用 的仪器 和管材腐蚀 的类型 自行确定判 断标 准 ． 役前 铜 管涡 流探 伤， 由于被 检铜 管 尚未 装机， 铜管 自然缺陷主要 为 制 造、 运 输、 存 放 过 程中形成 的 裂纹 、 夹杂 、 径 向 断裂、凹坑、 划 伤、 起 皮等， 可选 取通 孔、凹模 等 标 定 标 准。例如， 对于 2 5 l 的铜管， 可选 用直 径为 维普资讯 火 力发电厂凝汽器 铜管涡流探伤 的应 用 n 9 mm的透 壁孔 做 为检验 标 准，目前 国家 标 准已对铜管 的透 壁孔 检 验标 准 做 了规定， 可 作为制造 厂与 用户 之 间 的仲 裁 探伤标 准 见 下表 。 外 径 mm 钻 孔 直 径 mm t 0 ～2 0 0 8 2 0 ～3 0 0 9 3 0～3 5 ll 注 经 双方 协商可 提供 其 他钻孔标 准 ． 3 、 涡 流 强 伤 的 实 施 1 探伤仪器 我 所 采 用 wT一2型 涡 流 探 伤 仪 和 WT S⋯i l i A型涡 流探伤仪对甘肃 省 内火 电 厂凝汽 器铜 管进 行 在役 和 役前 铜 管探 伤， 现 以 、 Ⅵs l l 1 A型 仪器采 用 穿过 式 线 圈探 伤 加 以说 明．主 要 性 能 指 标 与 技 术 参 数① 灵 敏度 d 0 ． S r m n通 孔 ， ② 铜 管规 格 d 4～ d 2 5 m m ， 激 励频 率 1 0 、 3 0 , 6 0 、 1 0 0 , 1 2 5 k Hz , ④ 探 伤 速 度 1 5 ～ 1 5 0 m／ ra i n， 显示功 能 各级工 作单 元输 出波形 显 示和 外接 转换， 激 励 电压 显示 ， 自动 功能 自动声 光报 警， 自动标记，自动 端 部 切 除，自动 上下 料， 自动 分选 信 号 输 出，自动记 录 ． 仪 器 方框 图见 图 5 。 图 5 wr S 1 型涡流探伤 仪原理方框 图 3 2 在役 铜管探伤 经 过对 4 个 电厂 8台机组 的 凝 汽器 进行 在役 检测． 为 电厂大 修换 管、防漏 堵 偏 提供 了可靠依 据 。探伤 结果 表 明， 运 行 中的凝 汽 器铜 管， 各厂不 同程 度的有点腐蚀 现象， 并且 在凝 汽器 的不 同 区域 和铜 管 的 不 同 部 位 均 有 。 这是 由于西 北 地 区冷 却 水含砂 量 较 高 和铜 管表面存 在有 害碳 膜 所致 。另外， 空抽 区铜 管有壁厚 减薄 和条 状 腐蚀 沟， 尤 其 空抽 区位于凝 汽器 中部 的铜 管较为严重 。这是 由 于发 电厂 给水 加氮 或 氨 与联 氨 处理后， 蒸 汽 中的氨在空捕 医发 生 氨 的局部 富集， 凝结 的 水滴 中氨 浓缩产生氨腐 蚀所致 。通过涡流 探 伤， 估价 了凝 汽器 铜 管 运行 状 况和 循 环冷 却 水对铜管 腐蚀 的影 响情 况， 并 定位 了各类 伤 痕的部位和伤 痕的 形状 ， 为确定 是否 需要 抽 管、 查 找腐蚀泄 漏 原 因以 及分 析 铜管 的使 用 寿命 提供 了有用 的资料 。 “役 前铜 管探伤 在在 役 铜 管探伤 的基 础 上， 我们更 大 规 模 地进行 了役 前铜 管 探伤 。近 几 年， 我们 先 后对 6 个电厂 的 1 5台 次 凝 汽 器新 铜 管进 行 了役前涡流探 伤．探 伤 结 果表 明， 各 电厂 新 铜管 不合 格率 均在 t ％ 以上， 有 的 甚 至高 达 2 0 ％左 右。缺陷的主要形式 为凹坑 、 划伤、 压 扁、 环状 痕、裂纹、 起 皮 、 夹 杂和 通孔 ．其 中 凹坑、 划 伤、 压 扁 等一 般 为 贮存 、运 输 搬 运 过程中形成， 环状痕 、 裂纹 、 起皮 夹杂、 通 孔 主要 为制造过 程 中形 成．通 过探 伤， 淘汰 了 不合格的铜管， 确 保 了新 铜 管的 质量 。在保 维普资讯 火力发 电厂凝汽器铜 管涡 流探伤 的应用 证发电厂安全经 济运 行、 减 少停 机 次数 方 面 产生 了巨 大 的经 济效 益 。例如， 某 电厂 2号 机组大修 中， 装 机 的新 铜 管 由于 没有进 行 涡 流探伤， 投 运开始就 有泄漏现 象， 运行 2 个 月 就发生 较大面积泄漏 。而 3 、 5 号机组大修 中， 新铜管 全部 进行 了涡 流探 伤， 运 行至 今 尚未 发生 泄 漏 。 4 、 讨 论 随着火 电机组 容量 的不 断增 大， 对凝 汽 器的严密性要求也越来越高 。各种趋向表明， 火 电厂对新 铜管质量检 验 、 在役 铜 管检漏 和 铜管诊 断均 比较 重 视， 但 在 检 测方 法上却 没 有或缺 乏进 一步 和 探索， 仍 然 停 留在检查 和 检 漏上 。为 了适 应 准 确 、迅 速、简 便 和 诊 断 的要 求， 大规 模 采用 涡流 检测 新 技 术 势 在必行 。因此， 各 电 厂应 用 祸 流探 伤法 的 手 段， 建 立一套凝汽器铜 管 的管理 、 检 验、 检 漏 和诊 断方法。 4 ． L 用 涡 流探 伤 法进 行凝 汽器铜管 的役前 检测， 将有缺 陷的铜管淘汰于装 机之 前 。 4 ． 2 对 已决定 安 装 有部 分 损伤 较 轻 的铜管 ， 做好安装指导 和安装部 位记 录。 4 ．3 用涡流探伤法进 行凝 汽器铜 管 的 在役 检 测、 检漏 或预 测可能 出现泄漏 的铜管， 建立探 伤档案 。 4 ．4 通 过 涡流 探 伤， 定量 评价 循 环冷 却水 的 化学成分对凝 汽器铜 管 的影 响 程度， 为确定 合适 的循环水 处理 方式提供依据 。 4 5 估 价凝汽 器 铜管 的 工作 状 态， 为 确定是 否需要抽 管和 大修换管提供 资料 。 4 ． 6 通过 涡流 探伤法对凝汽器铜 管 的役 前 和 在役检测， 分析铜管缺 陷的形 态和状况， 以确 定引起凝汽器 铜管状态恶 化和腐蚀 泄漏的 原 因 。 参考文献 l 电厂冷却器管子描流探伤 ， [ 英国 ] M ． R u s l l K P R i c h a r d s o n D F r a n c i s 强荣仁宁建新译 2 ． 热力 设 备 的腐 蚀与 防护 ， 武 汉水 利 电力学 院王杏 卿编 3 凝 汽器新 铜 管 涡流 捡测 简介 ， 西 北 电力 情报 第 9 I 期 李 兴德 4 凝 汽器铜 管 的检 漏方 法 ，江 苏省 电力试 验研 究所 棣 洲分所谭 幼 5 金 属材料 涡 流探 伤裘 振 华主 编 上接 第 6 0 页 高等 学校在技 术市场上能成为企业技术进步 的 一 个 窗 口 。 2 9 国家有 支持 技 术成 果转 让 的财 政政 策， 能根 据技术成 果 转移 特 点 的需 要， 设 立科 技 专项 代款， 实行 不同利率和还 款方 式， 有利 于 先进技 术和科技成 果尽 快转 化 为商 品生 产， 使 国家 、 企 业和高等学校 都受 益 。 l l 0 建 立 高等 学校 和 企 业之 间全 国性 的 科 技信 息 网络， 定 期 出版信息 大 观或、 信 息 综 述， 进行纵横 向 的技术 交 流， 以便 使企 业 不 失 时机 地 引进 和应 用新 技 术、新 成 果 ， 或 大 胆地 、 有效 地 进行 技 术 补充 和技 术 储 备， 长 久地 站在竞争的主动位置上 。 综上 所 述， 改 革 开 放给 高等 学 校 带来 了 科技 优势， 这 是来 之 不易 的 。但这 种 优 势是 初 步的， 只有完善 科技 成果 转 换成 生 产 力的 机 制， 这 种优 势 在 国 民经济 中才 能发 挥更 大 的作用 。 维普资讯