电站锅炉管道无损检测技术研讨

牛保献，李世铭

（润电能源科学技术有限公司，河南 郑州 450018）

电站在安装建设基础设施时，基本都离不开射线或超声监测焊接所有管道接头。而因老机组服役了过长时间，且陆续出现新装的机组，以致于热力设备经济运行及维护中相继涌现数量庞大的新问题。结合相关资料数据显示，热力设备事故中，有60%是由锅炉引发的，而在锅炉事故中，有65%是由管道破损引发的。因此，研究电站锅炉管道无损检测技术，对于保障锅炉运行的安全与可靠而言，意义十分重要。

1 无损检测技术概述

无损检测技术是将原有理化性质保持的基础上，获取相关于待检测物品品质的理化特性及内容的检测技术，属于一项非破坏性检测技术。电站运营过程中，锅炉体现出极为重要的作用，其材料理化性质与结构稳定性能够直接影响设备的运行效率[1]。无损检测技术的应用，通常是以电站锅炉缺陷检测为主要对象，效果理想，能对缺陷位置与程度进行有效检测，确保锅炉运行的安全与稳定，从而保障电站运行。而将其用于电站锅炉管道检测中，也同样能够取得理想的效果。就现有的无损检测技术而言，通常由射线透照自动检测技术、低频电磁检测技术及超声衍射时差检测技术等组成。

2 电站锅炉管道无损检测技术

电站锅炉过热器管、水冷壁管及再热器管等部件，由于长期处于高温高压工作环境的缘故，管材内外表面产生裂纹、腐蚀磨损、氧化凹坑及氢损伤等缺陷的可能性极高，因而通常选择无缝钢管。而在实际工作中，维护及检测无缝钢管时，多以超声波检测和涡流检测为主。其中，超声波检测是在探头等设备的运用下，将超声波朝着待检测设备发射，同时在相应检测设备的运用下将反馈信号接收，在经过分析之后即可将缺陷部位找出来，并将缺陷程度明确[2]。而涡流检测则是在材料缺陷部位及其他部位有着不同涡流这一原理的运用下，并与特定设备相结合，通过分析后即可将缺陷位置和程度确定。在无缝管的检测中使用超声波时，通常以液浸法和接触法为主。以接触法为例，其检测原理是选择能够与无缝管表面良好耦合的探头与无缝管管壁接触。而液浸法则是以线聚焦、点聚焦为根据将纵向方向的缺陷故障找出。

3 电站锅炉管道无损检测技术具体应用

3.1 超声导波检测技术

该项技术主要引入了低频扭曲波或纵波，在检测管路及管道时，支持长距离。因导波检测优点在于能传播20m～30m长距离而衰减很小，故而在一个位置固定脉冲回波阵列之后，即可进行大范围检测，在管道内外壁腐蚀、焊缝危险性缺陷的检测中十分适用。该检测方法使探头保持线性运动扫描整个面，能够通过图像将锅炉管道缺陷的具体位置及程度显现出来[3]。锅炉管道中利用超声波技术，能够获取较为精准的检验结果，不可否认的是超声波频率比普通超声波探伤频率低，因此需要进一步提升该检测方法的灵敏度。所以，在检测电站锅炉管道时，可借助超声导波检测技术将缺陷找出，随后再使用传统复查方法。

3.2 超声相控阵检测技术

超声相控阵检测技术的探头组成是一组晶片，每个晶片支持单独调节，通过单独激发时间，能够更合理地控制声束轴线及焦点。结合该项技术，某处位置的复杂几何形状通过超声波束的运用能够准确完成检测，或通过相控阵探头取代角度各不相同的多个普通探头。过去，相控阵系统相当复杂，并且存在较高的成本，因此在工业无损检测中的应用难度颇高。科学技术近年来取得的成就十分显著，一定程度上减少了设备成本的耗费，该项技术在工业无损监测领域中也逐渐得到广泛应用，例如核电站检测、火车轮轴检测及汽轮机叶片根部检测等。尽管在锅炉检测中超声相控阵检测技术尚未得到广泛应用，然而在检测个别重要部位时却依旧显露出不可忽视的意义，例如锅炉“四管”和集箱连接的孔桥检测。该项技术除开能够有效检测电站锅炉厚壁焊缝之外，通过软件的运用连续的将换能器阵列产生的波束角度、焦距等调整后，无需移动探头即可全面扫查焊缝，如此一来电站锅炉集箱孔桥部位就能实现更为精准的检测。

3.3 低频电磁检测技术

低频电磁检测技术是电站锅炉无损检测技术中较为新型的一种，该项技术的检测原理是在相关设备仪器的运用下，激发探头将一个低频电磁信号输入在被检测管壁上，以探头接收的信号变化为根据对管壁有无缺陷存在进行判断。通过该项技术的运用，能将锅炉故障提前发现并将隐患扼杀在萌芽状态[4]。在对锅炉使用低频电磁检测技术时，能够逐一检测其四大管道的外、内表面，同时明确管道内部具体的缺陷位置与程度。由于该项技术是通过非接触检测方式，也就是检测仪器与管道之间并不会有接触产生，因此管道表面的油漆或是污垢等物质并不会对检测结果构成影响。通过该项技术的应用，能生成管道内部的三维立体图像，这样一来就能更直观的观察锅炉管道缺陷的具体位置与程度，检测效果更理想。

3.4 超声衍射时差检测技术

该项技术是以相互作用下的超声波与缺陷部位发出的衍射信号为根据，精确监测缺陷并定量的技术，电站锅炉低合金钢炉壁管中应用超声衍射时差检测技术时，能够有效检测腐蚀疲劳裂纹，同时也能检测高温管道如主蒸汽管和再热蒸汽管中的蠕变损伤裂纹及节流阀热疲劳裂纹。在材料、焊缝、热影响区内部及表面开口裂纹的检测中，运用超声衍射时差检测技术能够有效进行测深定高，精确性的诊断锅炉受压元件及本体剩余寿命，同时也能平价锅炉的安全程度。

3.5 内置旋转式超声波定量检测技术

内置旋转式超声波定量检测技术是运用了内置式水浸超声脉冲回波的技术，用水充满管子内部之后，将探头放置于管子内部，激发于探头处的超声波脉冲在水中传播到达45°声反射镜，待有反射发生于反射镜表面后到达管子内壁，而管内壁此时会有部分超声波发生反射，晶片会接收沿原传播路线返回的回波，另有部分超声波会朝管壁中射入，同时会有反射发生于管外壁，晶片会接收沿原传播路线返回的回波[5]。如此一来即可顺利获取内、外壁的反射信号完成一周旋转的涡轮，会自行进行一次采集，同时创建被检管子界面的一个扫描图像，成像中清晰的展露出内外管壁形状、壁厚。探头进入管子内部，连续的图像会将管壁彩色扫描成像，供于分析。内置旋转式超声波定量检测技术的诞生，可将普通超声波检测中的超声波检测盲区及耦合等两大难题有效解决，故而备受推广。

3.6 射线透照自动检测技术

射线无损检测过程，不同材料对于不同射线也会表现出不同的反应，通过其产生结果的分析与对比，即可完成待检测物质的检测。图像处置、缺陷识别、评片是构成射线透照系统的三大部分，图像数字化处置技术目前十分发达，但是底片处置技术却基本上停滞不前，发展缓慢，因此有关图像处置方面的问题仍需进一步展开研究。此外，因图像处置技术的发展，无损检测活络度与以往相比提升很大，加之缺陷识别技术也取得了成果显著的进步，故而在电站锅炉管道中应用射线透照技术进行无损检测时，所发挥的作用十分重要。

4 结语

为提高电站锅炉运行的安全与稳定，最大限度规避事故，就必须动态监控锅炉，同时定期进行安全检查。当前时代下，科技技术发展十分迅速，大量新型、大型电站锅炉被研发出来并投入使用，无疑是将更高标准的要求带给了无损检测技术。所以，科研人员及相关人员必须积极投入新型仪器设备与检测方法的研发中，致力于现有检测方法的创新与优化、现有仪器设备的改良、现有检测标准的完善与修正，以免将日益严苛的检测要求充分满足，确保电站锅炉得以实现安全、稳定的运行，促进经济效益最大化的实现。