远场涡流检测技术在锅炉水冷壁管检测中的应用

远场涡流检测技术在锅炉水冷壁管检测中的应用

宋尚华

中国电建集团河南工程有限公司 河南 郑州 450001

摘要：火力发电厂常用锅炉的工作环境较为恶劣,锅炉的水冷壁中常会存在细小的杂质,会受到高温及管道内的介质等的腐蚀。在高温、高压及蒸汽的综合作用下,会对水冷壁管道造成损伤,极易引起爆炸,影响锅炉设备安全及工作人员的人身安全。我国在20世纪后期才开始研究远场涡流技术,起步较晚但是发展迅速,目前多个研究机构在不遗余力地研究此项技术。

关键词：远场涡流；检测技术；锅炉水冷壁管；检测应用

1远场涡流检测技术的基本原理

远场涡流检测的实质是低频涡流检测技术。其主探头由励磁线圈和检测线圈两部分组成。主要的路径过程有：近场区、过渡区和远场区。一种是管壁直接耦合励磁线圈的磁通量，实现屏蔽效果；另一种是在励磁线圈附近形成周向涡流，然后扩散到管外，衰减很慢，造成电流的衰减和相位滞后远场探测信号。考虑到管道内壁有腐蚀形成的凹坑，对信号会有一定的影响，通过一定的采集和分析可以得到管壁的厚度。

本文介绍了一种实用的水冷壁单探头/双探头装置。远场涡流探头主要分为两部分：励磁线圈（1）或检测线圈（1或2）。两种线圈之间的距离约为钢管内径的2-3倍。主要工作条件：励磁线圈依靠低频交流电通过管壁发出足够的磁力；在远场区，励磁线圈通过管壁返回并向内扩散，探测线圈根据管内不同情况吸收和传输信号墙。检测线圈接收到的信号幅值和相位与管壁厚度有关，可以通过专用软件测量管壁的减薄量和减薄厚度。检测线圈能检测出来自激励线圈的磁场，磁场通过管壁后返回管内，从而以相同的灵敏度检测出管内外壁缺陷和管壁厚度。它不受趋肤深度的限制，能有效探测碳钢或其他强铁磁管。

2水冷壁管道远场涡流检测及结果

水冷壁管远场涡流检测工艺：确定检测依据，选用水冷壁管远场涡流检测设备，确定检测参考标准管，检查设备是否正常，进行检测。

确定检验依据：需要确定共同的检验依据和相应的检验方法，确定检验标准，需要考虑标准的适用对象；试验设备的确定：远场涡流检测系统的主要工作原理是依靠分析产生的激励信号确定水冷壁管壁厚；确定试验参考标准管：标准管的设计需要考虑多种因素，分为缺陷特征比较样本管和系统比较样本管。缺陷特征主要用于测试样品的定性和定量分析，而系统比对样品管则用于测试系统的校准。通过对样品试管的比对，主要通过对比对检测线圈采集的检测信号曲线进行分析判断，来检测被测管道是否存在缺陷。在被测信号中有三种图像，它们主要是由三个线圈检测得到的。

远场涡流检测技术有着广泛的应用。锅炉周围的主要试验管道有：换热管、锅炉管、管道、加热盘管、炉管、壳体、水介质管等。

RFT和MFL有一些区别。主要有五个方面

（1）如果与管壁完全接触，漏磁需要完全接触，RFT可以有间隙进行检测。

（2）无论管道是否需要清洗，漏磁检测管道必须清洗得非常干净，RFT不需要如此清洁。

（3）为了检测它是否需要以一定的移动速度运行，漏磁必须以一定的速度运行。RFT将创建自己的字段，因此它可以是静态的。

（4）漏磁是由直流电流产生的，具有幅度信号测量功能，RFT是交流的，具有对数幅度和相位幅度。

（5）漏磁检测对点蚀敏感，但对外部点蚀不敏感。为了区分二次线圈，RFT对内部和外部缺陷也很敏感，对渐进式壁损也非常敏感。

3水冷壁管道远场涡流检测优势及发展趋向

检测仪器必须能够与被测材料相互作用，产生机械信号。对于不同的探测频率，仪器需要有一对一的相应参数进行分析：相位和幅度变化的能力，需要采集相关数据进行存储和分析，并且操作简单可以得到一定位置的水冷壁壁厚度和深度。应考虑探头的工作条件。探头只能在管道外壁上检测。应选择与远场涡流检测系统相匹配的多通道外探头。

选用的检测系统：加拿大罗素无损检测公司开发的308型远场涡流检测系统。在检测过程中选用了外部12通道探头（4个绝对检测线圈和8个差分检测线圈）。为保证探头的灵敏度，控制距离应在0.75mm以内。在检测过程中，检测线圈产生信号跳转通过缺陷部位，由仪器记录并传输到计算机分析终端进行分析。

传统检测技术的缺点是：管道表面需要进行预处理，检测条件较为严格，过程极其繁琐，影响了工业生产效率。例如，常用的传统磁粉检测方法需要提前清理工件表面的污渍，如生产过程中的油污、毛刺等。

远场涡流检测具有许多优点：对管道内外壁的检测能力相同，不受集肤效应的影响。

（1）被测管材无特殊要求，可对螺纹管、光管等碳钢管进行试验。（2）检测结果比较全面。探测器将管壁180°表面完全覆盖，采样率高达60次/s，检测线圈沿管壁弧线分布，全方位12通道独立采样。检测区域无漏检，管子内外壁缺陷全面检测。

远场涡流检测具有很高的检测能力，能有效地检测水冷壁管内外壁的腐蚀坑、微裂纹、区域型变薄等缺陷。可实时显示管道内外壁减薄腐蚀、胀管、点蚀、裂纹等缺陷的大小、位置和深度。远场涡流检测自动化程度高。采用自动检测工艺，采用管壁爬行机器人进行检测。测试速度为1-4m/min，可根据不同的测试条件进行调整。远程涡流检测采用低照度超清晰摄像系统，实时记录被测区域的真实情况，并将信息传输到软件中，通过实时软件对检测数据进行实时分析。试验结果非常直观，能清晰地看到水冷壁管壁展开图，能清楚地了解各管壁的缺陷分布位置和危险区域。

同时，与其他无损检测方法相比，它还具有以下优点：（1）它能检测管道内外壁缺陷，具有相同的检测灵敏度。（2）在远场涡流检测中，不需要对管道表面进行处理，也不需要使用偶联剂。（3）试验结果不受管内介质的影响。（4）检测探头可安装在履带上，实现远距离检测。（5）无需清洗管壁，检测探头与管壁表面不接触，表面清洁度不高。（6）内径和外径凹坑的在线检测灵敏度相同，覆盖管壁100%。（7）无论管道是否损坏，它都能检测到腐蚀、腐蚀、逐渐损坏的管壁和材料缺陷。它还可以检测焊接腐蚀和“透明”的规模，涂层和内衬。

但是远场涡流检测还存在一定的技术改善空间:只能扫查1/2管截面,一般只扫查炉膛向火的那一面。远场探头是外置式,所以精度不是很高,一般最小只能发现壁厚减薄25%以上的缺陷;缺陷类型及大小无法做出精确定量,后续还需加强分析研究。

远场涡流检测的目的是实现缺陷的定位和定量分析，因此涡流检测信号处理方法的研究一直是国内外学者关注的焦点。涡流检测信号处理方法的研究主要是提高信号强度，抑制其它因素（提离效应、支撑板等）的影响，实现缺陷的定位和定量分析。

然而，远场涡流检测仍有技术改进的空间：只能扫描管段的1/2，一般只能扫描炉膛的着火面。远场探头是外置的，所以精度不是很高。一般情况下，只有壁厚减薄25%以上才能发现最小缺陷。缺陷的类型和大小无法准确量化，后续的分析和研究有待加强。

结论

电站锅炉水冷壁管的检测需要定期进行,远场涡流检测凭借其成熟的技术性,检出缺陷与实际情况贴合性,操作简单性,已经应用在各种电站锅炉的相关零部件的检验检测中。运用远程涡流检测能够及时发现水冷管道已经存在的缺陷,进行更换,减少电站发生爆炸的可能性,保障了电站的正常工作,对人民的生产和生活具有极为重要的意义。

从本次的检测结果对比发现,远场涡流检测不受提离效应的影响,检测的效果是与实际情况较为贴合的。实践证明,远场涡流检测技术是检测电站锅炉水冷壁管壁减薄状况行之有效地方法和手段。

参考文献：

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[2]付跃文,康小伟,喻星星.带包覆层铁磁性金属管道局部腐蚀的脉冲涡流检测[J].应用基础与工程科学学报,2019,21(4):786-795.