冷凝器传热管检查方法探讨

　　1　前言

　　冷凝器传热管在常规火电厂和核能电厂中都是蒸汽侧与冷却水侧的分水岭,由于传热管本身比较薄,经历一段时间运行后,传热管会出现各种形式的泄漏现象。一旦出现泄漏,电厂一般都被迫降低功率停用堵管以免影响蒸汽侧水的品质。

　　为了尽可能避免出现这种现象,电厂一般都会利用停机检修期间安排对传热管的检查,目前的常规检测法有多频涡流检测法、声脉冲检测法和相控阵涡流检测法等。

　　2　传热管在役损伤模式

　　冷凝器传热管处于蒸汽侧与冷却水侧之间,为了有效地将蒸汽中的热量带走,必须在满足工况的条件下尽可能采用薄壁管,同时根据所采用冷却水情况选择不同材质的管材,如滨海电厂一般选择铜管、钛管,而内陆电厂一般选用铜管。对于滨海电厂而言,由于其冷却介质是海水,在管内壁易积累海生物,因而造成传热管堵塞,而内陆电厂,由于其冷却介质为淡水,故管内壁的泥沙较多,因此也易造成管壁堵塞。无论是滨海电厂还是内陆电厂,以下的缺陷形式都是常见的:

　　凹陷　主要为内凹,产生原因是传热管在安装时的磕碰以及检修时冷凝器汽侧检修时因人为或工具等造成管道的碰伤或砸伤;裂纹　正常管段在制造过程中不可避免的存在着材质或工艺方面的微小缺陷,在使用过程中逐渐发展成危险性的缺陷,如在胀管区是受胀管工艺的影响;

　　冲蚀凹坑　通常在在役运行期间形成,正常情况下内壁的腐蚀凹坑相对危害比较小,而外壁的腐蚀凹坑对传热管的危害比较大。这主要是因为冷凝器汽侧工作介质是来自低压缸末级叶片所甩下来的湿度较大的蒸汽,在离心力的作用下湿蒸汽中的小液滴沿叶片圆周的切线方向飞出,集中对传热管的某些区域(见图1)造成正面冲击。因而这些区域会呈现集中减薄的特点,而减薄的区域由于制造时遗留下的气孔、夹渣、划痕等的影响很容易发展为贯穿性缺陷。

　　图1所示,为某滨海电厂运行七年后冷凝器钛管冲蚀减薄区域图,从图中可清楚地看到在低压缸转子的高速旋转下,湿蒸汽中的小液滴被集中对称地甩在图示区域内,根据现场涡流检查及汽侧超声检查结果表明该区域至少有10%的壁厚减薄量,而某些管子的减薄量已达到70%。

　　因此,在役检查的重点是对冲蚀凹坑减薄的检查,同时在检查中还发现由于湿蒸汽沿切线方向修时所关注的重点,本文主要对在役运行时传热管所出现的缺陷模式以及相对的检查方法进行讨论。

　　出时,部分湿蒸汽与汽侧水室墙壁撞击后反弹到水室中间部位的外排管子,这部分管子也有较大的冲蚀减薄。为此,在指定检查计划时因根据历次检查结果重点选择这些冲蚀区域管进行监督检查。

　　目前,电力行业主要是对冷凝器钛管进行涡流检查,当然,随着无损检测技术的发展,也出现了一些新的检查方法,如声脉冲、阵列涡流仪等,各电厂可根据自己的实际情况选择其中的一种或几种方法。下面针对笔者所使用的检查仪器对各种检查方法及其优劣点做简要介绍。

　　3　常规涡流检测法(ET)

　　目前,电力行业通用的检查手段是多频涡流检查,从仪器的角度出发,国内外的同类型仪器很多,也有各自的性能特点。笔者以国内常用的四频八通道涡流仪EEC-39RFT(厦门爱德森公司制造)为例对涡流法进行介绍。图2为EEC—39RFT的原理框图。

　　EEC-39RFT的技术特性

　　□　频率范围:64 Hz～4 MHz;

　　□　四个独立可选频率;

　　□　同时获得差动信息和绝对信息;

　　□　三个混频单元(自动混频);

　　□　实时记忆十六踪涡流信号;

　　□　增益范围:0～90dB连续可调,以每档0.5dB步进工作。

　　□　相位旋转:0～359°连续可调,精度1°;

　　□　快速数字/模拟电子平衡;

　　□　四踪阻抗平面图及八个内部带式曲线显示、时基扫描显示;

　　□　具有记忆轨迹延迟消隐功能(可调屏幕显示余辉);

　　□　菜单式人机对话(中、英文版本,中文繁/简字体可选);

　　□　自动信号幅度及相位测量以及涡流信号慢速(可调)回放;

　　□　数字滤波;

　　□　具组态分析功能;

　　□　可调采样速率;

　　□　可配接绝对、差动和自比较形式,包括穿过式、平面式、点式、旋转式等探头;

　　□　具备独特的非等幅相位/幅度报警域;

　　□　八个硬件报警输出口;

　　□　可海量存储各种检测程序和检测数据;

　　□　C—扫描显示;

　　□　自动相位/缺陷深度曲线显示;

　　□　自动幅度/缺陷深度曲线显示;

　　□　直角坐标系与极坐标系背景选择;

　　□　同屏显示受检在役管道断面图、受检管子的行列号;

　　□　分级标志管道断面图,形成在役管道涡流检测概貌图;

　　□　分级统计管道检测结果(表格和直方图显示),便于累积分析比较;

　　□　自动日历、时间显示。

　　□　可选配数据分析系统;

　　□　可同屏显示管道系统断面图和涡流检测信号图。

　　对于涡流检测手段来说,上面所提的各种缺陷类型都可以检测,其特点为:

　　①非接触、无耦合剂,所以检测速度高,易实现自动化 [p]

　　对于16 m长的传热管来说,配合爱德森公司所生产的探头推拔驱动手轮,采用该公司提供的柔性电缆探头,可在60 s内轻松快速地采集到高质量的涡流信号,将探头的提离干扰因素降到最低,而且由于驱动手轮不到一斤重,相比以前由手动送入及拉出硬性塑料套管探头来说,现场工人的劳动强度和采集时间得到了质的改变。

　　②检测灵敏度高,可发现较小的缺陷,由于仪器具备四个差动,四个绝对通道,故不仅可以发现突变性小缺陷,也可检出均匀腐蚀减薄的管段。按ASME标准进行探伤时,利用EEC -39RFT可轻松地实现检测 0.6 mm当量直径的穿透性缺陷、10%以上(含10%)的外壁冲蚀减薄缺陷。

　　③在一定的范围内具有良好的线性指示,可对不同缺陷进行评价,所以可用于质量管理与控制。按照ASME相位、幅度分隔关系, EEC -39RFT可方便地实现对外伤、内伤、凹陷进行定量分析。

　　④可存储、再现及进行数据的比较和处理。EEC-39RFT由于实现了电脑存储,可将数据保留以便比较分析。如选用了高智能网络数据库采集分析软件,还能制定计划图、实时监督采集分析进度、历史趋势管理。

　　4　声脉冲检漏法(SPI)

　　一般电站在役冷凝器管子大部分采用按不同百分比的抽查方式,对于传热管抽查部分以外的直管和不利于涡流法检测的弯管(如高、低加热器管),采用声脉冲检漏法是一种快捷的补充NDT手段,其检测基本原理是:以一定速度在介质中传播的声波,遇到管壁畸变将产生反射回波。回波的存在是声脉冲检测的根据。据此,在管道的一端置一声脉冲接收装置,便可构成基本的声脉冲检测仪器。如图2所示,若在某一时刻发射一声脉冲P,间隔时间T后接收到回波信号E,则管道缺陷(漏洞或裂缝)位于距发射声源的距离S由下式确定:

　　S=V T/2 (1)

　　式中　V—声波的传播速度

　　目前,生产该仪器的厂家有美国ANSER公司和爱德森公司,ANSER公司采用DOS操作软件,爱德森公司采用Win软件操作。在具体应用中,后者的软件功能更强些,目前该NDT方法已收入电力系统金属标准化委员会的工作计划中,预计不久即可正式颁布。采用SPI方式,可以达到快速检漏的目的(每小时达到800～1000根),其唯一的缺点是不能发现壁厚减薄而未泄漏的管子。

　　5　相控阵涡流检测法(ECAP)

　　通常,涡流法对在役冷凝器管的检测采用的是内穿过式单/双线圈,由于该线圈产生的涡流场对管子圆周而言是均匀分布的灵敏度就有一定的局限性,对于管子局部小缺陷(如 25. 4 mm×0.787 mm钛管管壁上,如 0.1 mm通孔)就很难发现。随着技术的发展,近一、二年,国际上开始出现了相控阵涡流检测仪器和传感器(ECAP),其原理是在内穿过式探头的周围均匀分布多个检测线圈(根据所配涡流仪器的硬件通道数而定,通道数越多灵敏度越高。),线圈间采用接收/发送方式,可以针对不同的典型缺陷走向,形成不同的阵列能力。

　　目前,爱德森公司研发的相控阵涡流仪可同时激励和获取128组涡流信号。相控阵涡流检测法最大的特点是能够检出金属表面的微小缺陷,且扫描面积大,能获得缺陷的涡流信号三维图形。相对常规涡流单/双线圈法灵敏度高出许多,而比较常规机械式旋转探头扫描方式,成本低、效率高。图4.A、B分别为两种探头的基本结构示意图。

　　6　结论

　　上面所提的三种检查方法在应用范围上各有自己的局限性,如常规涡流检测法、相控阵涡流检测法与声脉冲检漏法相比较,前者速度较慢而后者快出许多倍;但常规涡流检测法和相控阵涡流检测法能发现未穿透缺陷而声脉冲检漏法则不能;相控阵涡流检测法的灵敏度不仅比常规涡流检测法高5倍以上,并且可以实现缺陷的3维立体图像,能可靠准确地对缺陷进行定性定量和定位分析。

　　因此,在实际检测时应充分利用上述各种仪器的特点,采用组合的方法,才能保质保量地完成检查任务,笔者根据自己的工作经验给出一个较合理的应用方式。首先利用声脉冲进行快速检查,重点放在管凹陷、堵塞等缺陷类型上;然后采用常规涡流检测法进行全面的检查,同时对管凹陷、堵塞等缺陷类型进行确认,在检测中如发现不易定性分析的异常信号可再进一步采用相控阵涡流仪进行精确检测。

　　参考文献

　　1　李家伟.陈积懋主编.无损检测手册.机械工业出版社,2002.1

　　2　任吉林、林俊明、高春法.电磁检测.机械工业出版社,2000.8

　　3　钱其林、林俊明.船用钢板焊缝的金属磁记忆检测技术原理与应用.无损探伤,2001(6)