無(wú)損檢測(cè)：火力發(fā)電廠鍋爐管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)淺析

無(wú)損檢測(cè)是一門(mén)新興的應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，也是一門(mén)綜合性技術(shù)，不僅在機(jī)械、冶金、電子、化工、鐵道、船舶、核能、航空、航天等各種工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，而且在電力工業(yè)中也得到較快發(fā)展，已成為保障安全發(fā)、供電不可缺少的重要手段。

在我國(guó)，83%以上的電力是由火力發(fā)電廠提供的?；鹆Πl(fā)電廠在基建安裝時(shí)，成千上萬(wàn)的管子或管道的焊接接頭需要用射線或超聲檢測(cè)。一臺(tái)300MW機(jī)組的鍋爐本體就有1萬(wàn)多個(gè)管子焊接接頭，為保證鍋爐的安全運(yùn)行，要求100%探傷，可見(jiàn)其檢測(cè)工作量之大。另外，還有眾多的供熱機(jī)組。隨著老機(jī)組服役時(shí)間的增長(zhǎng)，以及新裝機(jī)組參數(shù)的增高等，給熱力設(shè)備的完全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)許多新問(wèn)題。據(jù)近期統(tǒng)計(jì)，熱力設(shè)備事故中鍋爐占60%，其中管道破損事故占鍋爐事故的 65%。在美國(guó)鍋爐管道損傷也是熱力發(fā)電設(shè)備可用率低的首要原因，近10年來(lái)，已發(fā)現(xiàn)5萬(wàn)多臺(tái)鍋爐管道損傷，相當(dāng)于可用率減少6%。由此可見(jiàn)，研究鍋爐管道的無(wú)損檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)，以預(yù)知隱患，對(duì)確保火力發(fā)電設(shè)備尤其是鍋爐的安全、可靠運(yùn)行具有十分重要的意義。

1 鍋爐管道檢測(cè)新技術(shù)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀表明，下述鍋爐管道檢測(cè)新技術(shù)的研究前景看好。

1.1管道無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

目前，我國(guó)火力發(fā)電系統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)的自動(dòng)化技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)還處于初級(jí)階段，鍋爐管道自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)更是處于萌芽階段。這主要是由于相關(guān)技術(shù)發(fā)展的限制以及財(cái)力等方面的因素造成的。然而，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，利用無(wú)損檢測(cè)評(píng)價(jià)傳感器提供實(shí)時(shí)過(guò)程控制，并實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，則是廣大無(wú)損檢測(cè)工作者長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)。

從我國(guó)現(xiàn)狀考慮，火力發(fā)電廠管道無(wú)損檢測(cè)自動(dòng)化技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)著重從以下幾個(gè)方面著手：

(1)厚壁管道超聲波自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)的研究

該系統(tǒng)一般由3大部分組成：爬行器、換能器、驅(qū)動(dòng)器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)。國(guó)外在此領(lǐng)域的研究比較活躍。日本九州電力公司已研制出管道內(nèi)孔自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由超聲、光學(xué)檢測(cè)裝置和驅(qū)動(dòng)器三部分組成，最大爬行距離110mm，爬高20mm。

(2)射線底片的智能化評(píng)片系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括圖象處理系統(tǒng)、缺陷識(shí)別系統(tǒng)和評(píng)片系統(tǒng)。目前，實(shí)時(shí)射線檢測(cè)數(shù)字化圖象處理已經(jīng)比較成熟，其應(yīng)用使得檢測(cè)靈敏度提高了一個(gè)檔次。然而對(duì)于射線底片的圖象處理還處在實(shí)驗(yàn)室階段。因?yàn)槿毕葑R(shí)別系統(tǒng)和評(píng)片系統(tǒng)目前已取得比較理想的結(jié)果，故射線底片的智能化評(píng)片系統(tǒng)的難點(diǎn)是圖象處理，而解決圖象處理這一難題的關(guān)鍵是解決底片上影象的采集問(wèn)題。

(3)用于薄壁小徑管焊縫探傷的相控陣列換能器的超聲檢測(cè)技術(shù)研究

將一組換能器繞在焊縫的一周，換能器不動(dòng)，通過(guò)相控在短時(shí)間內(nèi)一次性取得信息，從而完成一個(gè)焊口的檢測(cè)工作。

1.2電磁超聲技術(shù)

常規(guī)的超聲波探傷和測(cè)厚給無(wú)損檢測(cè)工作者帶來(lái)最大的不便就是需對(duì)探傷對(duì)象的表面進(jìn)行處理，使其達(dá)到一定的表面粗糙度。電磁超聲波探傷與常規(guī)方法相比無(wú)需機(jī)械和液體耦合，進(jìn)行鍋爐管道檢測(cè)時(shí)對(duì)沾染或結(jié)渣輕微的表面無(wú)需進(jìn)行處理，大大減少了輔助性工作量。

從物理學(xué)可知，在交變的磁場(chǎng)中，金屬導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生渦流，同時(shí)該電流在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用，金屬介質(zhì)在交變應(yīng)力的作用下將會(huì)產(chǎn)生機(jī)械波。當(dāng)交變磁場(chǎng)的效率達(dá)到某一范圍時(shí)就會(huì)產(chǎn)生超聲波;與此相反，此效應(yīng)呈現(xiàn)可逆性。人們把用這種方法激發(fā)和接收的超聲波稱(chēng)為電磁超聲。

目前，電磁超聲換能器可以象傳統(tǒng)的壓電晶片換能器一樣在金屬件中產(chǎn)生縱波、橫波、斜聲束以及聚焦聲束，可同常規(guī)的超聲波探傷一樣來(lái)檢查工作中的缺陷。這種換能器所具有的缺陷檢出能力和信噪比能夠與以往的壓電陶瓷換能器相媲美。電力工業(yè)部已將電磁超聲技術(shù)研究列入火力發(fā)電廠金屬材料10年科技發(fā)展規(guī)劃 (草案)之中。美國(guó)材料工程協(xié)會(huì)為美國(guó)電力研究所研制的電磁超聲測(cè)厚裝置可測(cè)厚達(dá)1mm，準(zhǔn)確度為0.05mm。

1.3蒸氣管道超聲波檢漏技術(shù)

蒸氣管道爆管前若能及時(shí)采取措施就可能消除爆管引起的潛在威脅。在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的今天，這一設(shè)想已成為現(xiàn)實(shí)。

蒸汽管損壞前的開(kāi)始階段總是伴有耳聽(tīng)不到的微小泄漏聲。這種泄漏隨時(shí)間的延續(xù)呈指數(shù)增長(zhǎng)，一旦等到人耳可以聽(tīng)到泄漏聲時(shí)，泄漏速度已經(jīng)很大，這時(shí)欲采取措施可能已經(jīng)來(lái)不及了。研究表明，蒸氣微小泄漏發(fā)出的聲波是寬頻帶的，包括人耳聽(tīng)不到的次聲波和超聲波，其中的音頻信號(hào)因發(fā)電廠環(huán)境中的低頻機(jī)械噪聲較強(qiáng)而人耳聽(tīng)不到。然而采用超聲波接收裝置，則在爆管前8～10h就可以接收到微小泄漏聲波中的超聲波分量。超聲波檢漏技術(shù)是由意大利、法國(guó)和英國(guó)的電力工業(yè)部門(mén)在70年代開(kāi)發(fā)的，目前，在美國(guó)已廣泛地用于在役鍋爐管道的檢漏。據(jù)美國(guó)1986年對(duì)參加檢漏試驗(yàn)的有關(guān)電廠的統(tǒng)計(jì)表明：在24次鍋爐管道泄漏事故中，有50%由聲學(xué)檢漏系統(tǒng)作出了早期警報(bào);據(jù)分析，探測(cè)率低是由于在事故發(fā)生時(shí)有些聲檢漏探測(cè)系統(tǒng)還沒(méi)有全部投入運(yùn)行。我國(guó)目前已經(jīng)開(kāi)始了此方面技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究工作。

2 結(jié)語(yǔ)

無(wú)損檢測(cè)鍋爐管道的常規(guī)方法及超聲波法、射線透照法，無(wú)疑在目前及將來(lái)都是主要的檢測(cè)手段。然而，從安全性、經(jīng)濟(jì)性觀點(diǎn)看，還應(yīng)向具有下述特征的先進(jìn)無(wú)損檢測(cè)手段的方向發(fā)展：

(1)盡可能減少人為因素，朝著自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展;

(2)能夠準(zhǔn)確迅速地檢測(cè)鍋爐管壁厚度，管內(nèi)結(jié)垢厚度，氧化皮厚度以及腐蝕磨損、疲勞和高溫引起的材質(zhì)損傷情況;

(3)盡可能減少輔助性工作，不妨礙正常的檢修工作;

(4)實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的在線檢測(cè)和評(píng)價(jià)等。

隨著火力發(fā)電廠機(jī)組延長(zhǎng)壽命工作的開(kāi)展，鍋爐管道無(wú)損檢測(cè)(包括在線監(jiān)測(cè))在確保熱力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面將起著越來(lái)越重要的作用。面對(duì)二十一世紀(jì)，廣大電力系統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)工作者，除了開(kāi)展常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)工作之外，還應(yīng)積極研究、開(kāi)發(fā)和推廣無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)，朝著提高準(zhǔn)確性和檢測(cè)效率，擴(kuò)大檢測(cè)范圍的方面努力。