1、1在 役 换 热 器 管 缺 损 检 测 新 技 术摘 要：远场涡流检测是一种新 兴的管道检测技术，并颇有潜在发展前途，它可以解决电力石化行业大量使用的钢管在役快速探伤、测厚难题。本文 论述 远场涡流检测原理并举例在石化工业热交换管道的缺损检查。在电力和石化工业中大量采用热交换器作为介质传递能量，其内部由大量管束构成，由于长期处在腐蚀介质和交变应力作用下，经常产生腐蚀和磨蚀，因此对内部换热管的定期检验是保证设备安全运行的重要措施。通常换热管从材质上可分为两大类，一类是非铁磁性材料，如奥氏体不锈钢、铝合金、钛合金和铜合金等，常规涡流检测技术以其检测速度快、灵敏度高、缺陷信号分析方法成熟，已广泛应
2、用于火电、石化等部门的非铁磁性金属管道的缺陷检测。然而在电力石化行业上大量使用另一类碳素钢和低合金钢等铁磁性材料的换热管，其特点是金属的磁导率 r1,用常规涡流检测方法存在很强的集肤效应，如以下公式确定导体中涡流的标准渗透深度 ：=5.033( r) -1/2式中 - 检测频率 r - 材料相对磁导率 - 材料电导率对于非铁磁性材料， r =1，对于强铁磁性材料， r =1001000，按公式计算可知，强铁磁性材料的涡流渗透深度只有非铁磁性材料的 1/101/30，涡流由管内壁穿透到管外壁就非常困难，如检测频率为 10kHz 时，钢铁中涡流的标准渗透深度 =0.051mm，如果用内插式探头测壁
3、厚为 2mm 钢管，涡流幅值由内表面的 100%渗透到外表面只剩下：Jx=2/Jx=o=J2/J0=e-2/ =9.310-18如此低的数值普通的涡流探伤仪无法测出，也就是说，常规涡流方法无法检查钢管外壁缺陷。另一方面，管径尺寸的微小变化，管材成分的不均匀及运行一段间之后管壁表面生锈（铁磁性 Fe3O4）都会引起电磁噪声。这些因素是造成检测信噪比降低的主要原因。在无外磁场作用时，铁磁性物质中各个磁畴的自发磁化强度矢量的取向是不同的，但是对外效果互相抵消，因而整个物体对外不显磁性。在外加磁场不足时，铁磁性物质中部分磁畴的磁矩转向外磁场，它是变化的，涡流检查时将产生磁噪声。所以常规涡流检测技术无法
4、满足铁磁性换热管探伤要求。在现有换热管的定期检查方法大都是将热交换器芯抽出清洗后，采用人工肉眼观察，主观评价来取弃，然而这种方法最多只能看到管束的外层分布管的状况，对内部管束情况一无所知，而且肉眼评价存在很大的随意性。进一步的方法是采用内窥镜检查方法，但这是一种非常慢且麻烦的方法，并只能观察到内壁腐蚀情况，不能适应大量管束的检查。所以在电力石化行业长期存在在役铁磁性材料换热管检测难题。本文介绍的远场涡流技术(Remote field eddy current technique)是基于远场涡流效应的一种管道检测新技术，它除了具有一般常规涡流的优点外，对铁磁性管道无需采用磁饱和等辅助方法，即可直
5、接用内插式探头来检测管壁上的裂纹、腐蚀凹坑、磨蚀减薄等缺损，被认为是一种最有发展前景的管道检测技术。1.远场涡流效应与机理远场涡流技术是基于一种特殊物理现象-远场涡流效应的管道检测技术。原始的远场涡流检测探头示于图 1，它由两个同轴螺管线2圈-激励和检测线圈组成，激励线圈通以低频交流电，检测线圈必须置于远离激励线圈23 倍管内径处的“远场区” 。图 2 所示为检测线圈中感应电势值以及该电势与激励电流之间的相位差随两线圈之间距离 Ded（以管内径 Di 的倍数表示）变化关系曲线称信号-距离特性。特性可定性分为以下三个区域。图 1 原始的远场涡流检测探头图 2 检测线圈信号 距离特性（1）当 De
6、d20%的管子堵塞后投入使用，现已安全运行一年，没有出现因管子泄漏而非计划停机现象。另一应用实例是某热电厂六十万千瓦机组的高压加热器钢管检验，其加热器钢管规格为 162.1mm 的 U 型管，材质为低碳钢。于 1990 年初投产运行至 1998 年 9 月，累计运行 3.5 万小时，均发生了不同程度的泄漏。根据加热器采用的碳钢管材分析，其发生泄漏的原因主要有四种：弯曲应力、热应力、冲刷减薄及腐蚀。它们将导致管子产生裂纹、蚀坑甚至断裂等，其危害相当大，不仅使热效率降低，供电煤耗升高，而且长期下去还将导致腐蚀现象发生，严重时甚至造成加热筒体爆破。检验使用 ET-556H 便携式远场涡流探伤仪，探头
7、用外径 10.5mm 的远场差动和绝对式探头，检测频率为 350Hz。标定管为相同规格，相同材质的钢管上加工 1.2mm通孔和 2mm 通孔。缺陷的探伤评定上遵从如下原则：(1) 缺陷信号幅值超过 1.2mm 通孔的为记录标准，而不论缺陷深度大小。(2) 缺陷信号幅值超过 2mm 通孔的为堵管标准而不论缺陷深度大小。根据以上原则，在探伤过程中凡发现超过堵管标准的信号显示，在探伤人员无法确定为非相关信号时，一律应该判废。检验工艺使用 ET-556H 远场涡流仪和外径为 10mm 的远场差动式与绝对式探头，检测频率为 350Hz。41# 加热器未发现超过记录标准及堵管标准的管子。2# 加热器建议堵
8、管 5 根，监督进行 5 根（超过记录标准） 。3# 加热器建议堵管 3 根，监督运行 2 根。同一根管段上有的存在多个缺陷，但每根管段上的典型缺陷多数分布在距管口 3mm左右的位置。高压加热器钢管泄漏与其运行状况紧密相关，其运行特点是：(1) 进出水流对管板的冲击造成较大的管板弯曲应力，造成管口与管板胀接处萌生裂纹，并向管内延伸。(2) 疏水区域由于疏水不良，造成管段腐蚀，特别是汽、水两相混合区域尤为严重。(3) 进水室管口向内 300mm 的管段存在水流的冲刷减薄，乃至开裂。4.结束语最新发展的远场涡流技术，为电力石化行业大量使用的钢管缺损检查提供了一种确实可行的快速和可靠的方法，文章中的应用实例证实了该方法的实用性。今后的任务是如何提高完善该项技术，扩大在电力石化领域的应用，加强基础和实用化研究。图 5 高压加热器结构剖图
