无损检测：火力发电厂锅炉管道无损检测技术浅析

无损检测是一门新兴的应用技术学科，也是一门综合性技术，不仅在机械、冶金、电子、化工、铁道、船舶、核能、航空、航天等各种工业中得到广泛的应用，而且在电力工业中也得到较快发展，已成为保障安全发、供电不可缺少的重要手段。

在我国，83%以上的电力是由火力发电厂提供的。火力发电厂在基建安装时，成千上万的管子或管道的焊接接头需要用射线或超声检测。一台300MW机组的锅炉本体就有1万多个管子焊接接头，为保证锅炉的安全运行，要求100%探伤，可见其检测工作量之大。另外，还有众多的供热机组。随着老机组服役时间的增长，以及新装机组参数的增高等，给热力设备的完全经济运行和维护带来许多新问题。据近期统计，热力设备事故中锅炉占60%，其中管道破损事故占锅炉事故的 65%。在美国锅炉管道损伤也是热力发电设备可用率低的首要原因，近10年来，已发现5万多台锅炉管道损伤，相当于可用率减少6%。由此可见，研究锅炉管道的无损检测评价技术，以预知隐患，对确保火力发电设备尤其是锅炉的安全、可靠运行具有十分重要的意义。

1 锅炉管道检测新技术

无损检测技术发展的现状表明，下述锅炉管道检测新技术的研究前景看好。

1.1管道无损检测新技术

目前，我国火力发电系统无损检测的自动化技术研究和开发还处于初级阶段，锅炉管道自动化检测技术的研究和开发更是处于萌芽阶段。这主要是由于相关技术发展的限制以及财力等方面的因素造成的。然而，从长远的观点看，利用无损检测评价传感器提供实时过程控制，并实现完全自动化，则是广大无损检测工作者长远的目标。

从我国现状考虑，火力发电厂管道无损检测自动化技术的研究与开发应着重从以下几个方面着手：

(1)厚壁管道超声波自动化检测系统的研究

该系统一般由3大部分组成：爬行器、换能器、驱动器、计算机控制系统和信号处理系统。国外在此领域的研究比较活跃。日本九州电力公司已研制出管道内孔自动检测系统。该系统由超声、光学检测装置和驱动器三部分组成，最大爬行距离110mm，爬高20mm。

(2)射线底片的智能化评片系统

该系统主要包括图象处理系统、缺陷识别系统和评片系统。目前，实时射线检测数字化图象处理已经比较成熟，其应用使得检测灵敏度提高了一个档次。然而对于射线底片的图象处理还处在实验室阶段。因为缺陷识别系统和评片系统目前已取得比较理想的结果，故射线底片的智能化评片系统的难点是图象处理，而解决图象处理这一难题的关键是解决底片上影象的采集问题。

(3)用于薄壁小径管焊缝探伤的相控阵列换能器的超声检测技术研究

将一组换能器绕在焊缝的一周，换能器不动，通过相控在短时间内一次性取得信息，从而完成一个焊口的检测工作。

1.2电磁超声技术

常规的超声波探伤和测厚给无损检测工作者带来最大的不便就是需对探伤对象的表面进行处理，使其达到一定的表面粗糙度。电磁超声波探伤与常规方法相比无需机械和液体耦合，进行锅炉管道检测时对沾染或结渣轻微的表面无需进行处理，大大减少了辅助性工作量。

从物理学可知，在交变的磁场中，金属导体内将产生涡流，同时该电流在磁场中会受到力的作用，金属介质在交变应力的作用下将会产生机械波。当交变磁场的效率达到某一范围时就会产生超声波;与此相反，此效应呈现可逆性。人们把用这种方法激发和接收的超声波称为电磁超声。

目前，电磁超声换能器可以象传统的压电晶片换能器一样在金属件中产生纵波、横波、斜声束以及聚焦声束，可同常规的超声波探伤一样来检查工作中的缺陷。这种换能器所具有的缺陷检出能力和信噪比能够与以往的压电陶瓷换能器相媲美。电力工业部已将电磁超声技术研究列入火力发电厂金属材料10年科技发展规划 (草案)之中。美国材料工程协会为美国电力研究所研制的电磁超声测厚装置可测厚达1mm，准确度为0.05mm。

1.3蒸气管道超声波检漏技术

蒸气管道爆管前若能及时采取措施就可能消除爆管引起的潜在威胁。在无损检测技术发展的今天，这一设想已成为现实。

蒸汽管损坏前的开始阶段总是伴有耳听不到的微小泄漏声。这种泄漏随时间的延续呈指数增长，一旦等到人耳可以听到泄漏声时，泄漏速度已经很大，这时欲采取措施可能已经来不及了。研究表明，蒸气微小泄漏发出的声波是宽频带的，包括人耳听不到的次声波和超声波，其中的音频信号因发电厂环境中的低频机械噪声较强而人耳听不到。然而采用超声波接收装置，则在爆管前8～10h就可以接收到微小泄漏声波中的超声波分量。超声波检漏技术是由意大利、法国和英国的电力工业部门在70年代开发的，目前，在美国已广泛地用于在役锅炉管道的检漏。据美国1986年对参加检漏试验的有关电厂的统计表明：在24次锅炉管道泄漏事故中，有50%由声学检漏系统作出了早期警报;据分析，探测率低是由于在事故发生时有些声检漏探测系统还没有全部投入运行。我国目前已经开始了此方面技术的开发与研究工作。

2 结语

无损检测锅炉管道的常规方法及超声波法、射线透照法，无疑在目前及将来都是主要的检测手段。然而，从安全性、经济性观点看，还应向具有下述特征的先进无损检测手段的方向发展：

(1)尽可能减少人为因素，朝着自动化和智能化的方向发展;

(2)能够准确迅速地检测锅炉管壁厚度，管内结垢厚度，氧化皮厚度以及腐蚀磨损、疲劳和高温引起的材质损伤情况;

(3)尽可能减少辅助性工作，不妨碍正常的检修工作;

(4)实现机组运行过程中的在线检测和评价等。

随着火力发电厂机组延长寿命工作的开展，锅炉管道无损检测(包括在线监测)在确保热力设备安全经济运行方面将起着越来越重要的作用。面对二十一世纪，广大电力系统的无损检测工作者，除了开展常规的无损检测工作之外，还应积极研究、开发和推广无损检测新技术，朝着提高准确性和检测效率，扩大检测范围的方面努力。