無損檢測：火力發電廠鍋爐管道無損檢測技術淺析

無損檢測是一門新興的應用技術學科，也是一門綜合性技術，不僅在機械、冶金、電子、化工、鐵道、船舶、核能、航空、航天等各種工業中得到廣泛的應用，而且在電力工業中也得到較快發展，已成為保障安全發、供電不可缺少的重要手段。

在我國，83%以上的電力是由火力發電廠提供的。火力發電廠在基建安裝時，成千上萬的管子或管道的焊接接頭需要用射線或超聲檢測。一臺300MW機組的鍋爐本體就有1萬多個管子焊接接頭，為保證鍋爐的安全運行，要求100%探傷，可見其檢測工作量之大。另外，還有眾多的供熱機組。隨著老機組服役時間的增長，以及新裝機組參數的增高等，給熱力設備的完全經濟運行和維護帶來許多新問題。據近期統計，熱力設備事故中鍋爐占60%，其中管道破損事故占鍋爐事故的 65%。在美國鍋爐管道損傷也是熱力發電設備可用率低的首要原因，近10年來，已發現5萬多臺鍋爐管道損傷，相當于可用率減少6%。由此可見，研究鍋爐管道的無損檢測評價技術，以預知隱患，對確保火力發電設備尤其是鍋爐的安全、可靠運行具有十分重要的意義。

1 鍋爐管道檢測新技術

無損檢測技術發展的現狀表明，下述鍋爐管道檢測新技術的研究前景看好。

1.1管道無損檢測新技術

目前，我國火力發電系統無損檢測的自動化技術研究和開發還處于初級階段，鍋爐管道自動化檢測技術的研究和開發更是處于萌芽階段。這主要是由于相關技術發展的限制以及財力等方面的因素造成的。然而，從長遠的觀點看，利用無損檢測評價傳感器提供實時過程控制，并實現完全自動化，則是廣大無損檢測工作者長遠的目標。

從我國現狀考慮，火力發電廠管道無損檢測自動化技術的研究與開發應著重從以下幾個方面著手：

(1)厚壁管道超聲波自動化檢測系統的研究

該系統一般由3大部分組成：爬行器、換能器、驅動器、計算機控制系統和信號處理系統。國外在此領域的研究比較活躍。日本九州電力公司已研制出管道內孔自動檢測系統。該系統由超聲、光學檢測裝置和驅動器三部分組成，最大爬行距離110mm，爬高20mm。

(2)射線底片的智能化評片系統

該系統主要包括圖象處理系統、缺陷識別系統和評片系統。目前，實時射線檢測數字化圖象處理已經比較成熟，其應用使得檢測靈敏度提高了一個檔次。然而對于射線底片的圖象處理還處在實驗室階段。因為缺陷識別系統和評片系統目前已取得比較理想的結果，故射線底片的智能化評片系統的難點是圖象處理，而解決圖象處理這一難題的關鍵是解決底片上影象的采集問題。

(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技術研究

將一組換能器繞在焊縫的一周，換能器不動，通過相控在短時間內一次性取得信息，從而完成一個焊口的檢測工作。

1.2電磁超聲技術

常規的超聲波探傷和測厚給無損檢測工作者帶來最大的不便就是需對探傷對象的表面進行處理，使其達到一定的表面粗糙度。電磁超聲波探傷與常規方法相比無需機械和液體耦合，進行鍋爐管道檢測時對沾染或結渣輕微的表面無需進行處理，大大減少了輔助性工作量。

從物理學可知，在交變的磁場中，金屬導體內將產生渦流，同時該電流在磁場中會受到力的作用，金屬介質在交變應力的作用下將會產生機械波。當交變磁場的效率達到某一范圍時就會產生超聲波;與此相反，此效應呈現可逆性。人們把用這種方法激發和接收的超聲波稱為電磁超聲。

目前，電磁超聲換能器可以象傳統的壓電晶片換能器一樣在金屬件中產生縱波、橫波、斜聲束以及聚焦聲束，可同常規的超聲波探傷一樣來檢查工作中的缺陷。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。電力工業部已將電磁超聲技術研究列入火力發電廠金屬材料10年科技發展規劃 (草案)之中。美國材料工程協會為美國電力研究所研制的電磁超聲測厚裝置可測厚達1mm，準確度為0.05mm。

1.3蒸氣管道超聲波檢漏技術

蒸氣管道爆管前若能及時采取措施就可能消除爆管引起的潛在威脅。在無損檢測技術發展的今天，這一設想已成為現實。

蒸汽管損壞前的開始階段總是伴有耳聽不到的微小泄漏聲。這種泄漏隨時間的延續呈指數增長，一旦等到人耳可以聽到泄漏聲時，泄漏速度已經很大，這時欲采取措施可能已經來不及了。研究表明，蒸氣微小泄漏發出的聲波是寬頻帶的，包括人耳聽不到的次聲波和超聲波，其中的音頻信號因發電廠環境中的低頻機械噪聲較強而人耳聽不到。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。超聲波檢漏技術是由意大利、法國和英國的電力工業部門在70年代開發的，目前，在美國已廣泛地用于在役鍋爐管道的檢漏。據美國1986年對參加檢漏試驗的有關電廠的統計表明：在24次鍋爐管道泄漏事故中，有50%由聲學檢漏系統作出了早期警報;據分析，探測率低是由于在事故發生時有些聲檢漏探測系統還沒有全部投入運行。我國目前已經開始了此方面技術的開發與研究工作。

2 結語

無損檢測鍋爐管道的常規方法及超聲波法、射線透照法，無疑在目前及將來都是主要的檢測手段。然而，從安全性、經濟性觀點看，還應向具有下述特征的先進無損檢測手段的方向發展：

(1)盡可能減少人為因素，朝著自動化和智能化的方向發展;

(2)能夠準確迅速地檢測鍋爐管壁厚度，管內結垢厚度，氧化皮厚度以及腐蝕磨損、疲勞和高溫引起的材質損傷情況;

(3)盡可能減少輔助性工作，不妨礙正常的檢修工作;

(4)實現機組運行過程中的在線檢測和評價等。

隨著火力發電廠機組延長壽命工作的開展，鍋爐管道無損檢測(包括在線監測)在確保熱力設備安全經濟運行方面將起著越來越重要的作用。面對二十一世紀，廣大電力系統的無損檢測工作者，除了開展常規的無損檢測工作之外，還應積極研究、開發和推廣無損檢測新技術，朝著提高準確性和檢測效率，擴大檢測范圍的方面努力。