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。 主题词：远场涡流 钢换热管 在役检测 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
2、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
3、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
4、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 c
5、urrent 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 2 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 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
6、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 Ded20%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
7、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。 4 图 4 ET-556H 远场涡流仪和检验用远场探头 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
8、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。 1# 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
