涡流检测冷凝器薄壁钛管管壁凹陷程度的评估方法

陶于春,梁鹏飞，周　宇，姜大超

(苏州热工研究院有限公司， 苏州 215004)



涡流检测冷凝器薄壁钛管管壁凹陷程度的评估方法

陶于春,梁鹏飞，周宇，姜大超

(苏州热工研究院有限公司， 苏州 215004)

摘要：目前普遍采用内穿涡流检测法对核电机组冷凝器的薄壁换热钛管进行在役期间检测，而管壁凹陷则是在役期间最常见的管壁损伤类型。对特制的凹陷样管进行了涡流检测，将信号幅值与凹陷面积进行了对比。结果显示:信号幅值与管壁凹陷面积大致呈线性关系，并据此提出了一种用涡流检测幅值来评估管壁凹陷程度的定量方法。

关键词：涡流检测；管壁凹陷；信号幅值；凹陷面积；标定方法

冷凝器作为核电站的冷源，其安全性备受重视，各电厂冷凝器在役期间普遍采用了内穿涡流法跟踪检测换热钛管[1-3]，以预防钛管发生破损泄漏[4]。在冷凝器钛管的涡流检测中，管壁凹陷是最为普遍的一种缺陷类型[5-6]。但由于没有相关对照标准，不同幅值信号所对应的凹陷程度并不明确，这也给各电厂业主如何处理管壁凹陷钛管带来了较大困惑。笔者对换热管上不同变形程度的凹陷缺陷进行了涡流检测，对比分析了检测结果，并提出了一种管壁凹陷程度的定量评估方法。

1试验方法和设备

采用西班牙Tecnatom公司生产的ETBox2i型多频涡流仪。检测采用内穿型、外径为19.8 mm的Bobbin探头，由EDDYSUN公司生产。被检管及标定管材料均为TITANIUM B 338 Gr2，规格为φ22.225 mm×0.7 mm，检测频率为400 kHz，标定管的材料及规格与被检管均相同。涡流检测系统外观如图1所示。

通过使用直径为5.8 mm的钢棒挤压被检管,使其形成了一系列深浅不一的凹陷，其中编号1～9周向上只有一个凹陷，编号10～12周向上分别有2,4,3个凹陷，测量了各个凹陷长度(凹陷的管壁弦长)，并近似计算出了相应的各个凹陷区域表面积，其中10～12号周向上的凹陷面积为周向上各个凹陷总面积之和。从而得出凹陷面积与涡流检测幅值之间的对应关系。被检样管如图2所示。

试验中首先对标定样管进行检测，并将标定管上φ1.5 mm的通孔信号标定为：幅值8 V、相位40°。然后以相同的检测速度检测样管各5次,并记录各个显示信号的幅值和相位，最后再对标定管结束检测，并确认结束标定时与开始标定时通孔的幅值和相位相差在4 V和2°以内。试验中凹陷缺陷信号如图3所示，各凹陷检测5次后,对其结果进行平均,结果如表1所示。

图1　涡流检测系统外观

图2　被检样管

图3　凹陷信号显示

编号123456789101112凹陷长度/mm1.732.382.583.023.393.665.26.577.084.52/4.342.90/4.04/4.86/3.836.02/4.11/4.03凹陷面积/mm21.202.272.673.664.605.3710.8217.2420.0115.7325.2427.76幅值/V1.9442.7965.8427.0789.0110.29233.65247.46051.42642.3859.4573.26

图4　检测幅值及凹陷面积的变化曲线

2试验结果分析

图4是被检管各个凹陷涡流检测幅值变化曲线与相应管壁凹陷面积变化曲线的对比，可见两条曲线的变化非常吻合，具有非常明显的相关性。图5是检测幅值随凹陷面积的变化趋势，由图5可以看到两者的线性关系非常明显，其相互关系可近似表达为线性方程：

(1)

图5　检测幅值随凹陷面积的变化趋势

式中:V为涡流检测幅值；S为管壁凹陷面积，mm2。

而且周向上存在多个凹陷的情况下，其总的凹陷面积与检测幅值也符合该线性关系。但该方程系数a和b受检测环境、检测参数、被检管材料等因素的影响会发生变化，在现场检测时应依据实际情况确定方程,然后根据方程、检测幅值对管壁凹陷程度进行大致估算。

3凹陷程度评估方法

依据上述试验结果，可以借鉴标定样管的原理[7]，制备相应的凹陷标定管，在每次检测前先检测凹陷标定管并记录相应数据，在检测中将发现的缺陷信号幅值与记录的标定管信号幅值进行比对，参照标定管来判断信号幅值所对应的凹陷程度，从而达到定量评估管壁凹陷的目的。具体方法如下：

(1) 制作与待检换热管材料、规格相同的样管，并在其外表面用垂直于其轴心线的钢棒压出数个凹陷，凹陷对应的涡流检测幅值变化应尽量平均且凹陷数应大于6个。比如可以利用直径5.8 mm的钢棒压出10个凹陷，其凹陷长度分别为2,3,4,4.5,5,5.5,6,6.3,6.6,7 mm，相邻凹陷的间距不小于20 mm。

(2) 通过各个凹陷的实测长度L计算出各自的凹陷面积S，并在每次涡流检测工作前首先对标定管进行涡流检测，得出各凹陷的涡流检测幅值V。

(3) 利用十个凹陷的凹陷面积S和幅值V形成的散点图得到曲线V=aS+b，该曲线即为该次检测的凹陷定量线。

(4) 在检测中若遇到凹陷信号显示，则可将其检测幅值代入到标定线公式中,求得其凹陷面积当量。如此则能清楚直观地了解到凹陷信号幅值所对应的凹陷程度，从而恰当地给出处理意见[8]。

计算得到凹陷面积后，还可进一步计算其对应的凹陷深度。当使用内穿式探头时，若在该凹陷深度下，理论上探头已经不能通过,而事实上探头又能通过时，则可判定该处管壁周向上有不止一处凹陷，且该处所有实际凹陷面积之和应等于通过凹陷定量线公式计算得到的凹陷面积。

需要注意的是，在检测过程中，每次进行检测标定以后，系统环境已发生改变[9]，则凹陷定量线需要重新计算。

4结论

(1) 凹陷的涡流检测幅值与凹陷面积具有近似的线性相关性，且管壁同一位置周向上有多个凹陷时，其多个凹陷面积的和与相应的检测幅值间也同样符合该线性关系。

(2) 可以通过检测一个有6个以上凹陷的标定管，得到各个凹陷的涡流检测幅值，结合对应的凹陷面积得到凹陷定量线V=aS+b。然后可将检测中遇到的凹陷信号幅值代入定量线公式中得到凹陷面积当量，从而对凹陷程度有清晰直观的认识。

(3) 使用内穿式探头检测标定管时,可通过计算凹陷深度来初步判定该处周向上是否存在多个凹陷，不止一处凹陷时，该处所有实际凹陷面积之和应等于通过凹陷定量线公式计算得到的凹陷面积。

(4) 在检测过程中，每次进行检测标定以后，需要重新计算凹陷定量线。

参考文献:

[1]李景和.海水作为冷却介质的汽轮机凝汽器泄漏原因及对策[J].东北电力技术,2006,27(3):41-44.

[2]陈海峰.大型热交换器用钛管的质量控制[J].电站辅机,2008,106(3):30-31.

[3]余存烨.海水凝汽器传热管的选材与防护[J].腐蚀与防护,1997,18(3):12-15.

[4]葛炼伟,郭韵,丁有元.核电厂高压加热器传热管涡流检测及缺陷产生机理分析[J].无损检测,2014,36(1):74-76.

[5]袁建中,叶琛,刘一舟.热交换器传热管的涡流检测及失效分析[J].腐蚀科学与防护技术,2010,22(1):77-78.[6]李志刚,汪德良,孙本达.薄壁钛管的涡流检测[J].无损检测,1995,17(5):132-134.

[7]张才良,胡达群.涡流检测对比试样的作用[J].无损检测,2013,35(3):38-41.

[8]徐可北,周俊华.涡流检测[M].北京：机械工业出版社,2004.

[9]李小亭,沈功田.压力容器无损检测——涡流检测技术[J].无损检测,2004,26(8):411-416.

Evaluation Method of Condensor Thin-walled Titanium Tube Dent Degree by ET Testing

TAO Yu-chun, LIANG Peng-fei, ZHOU Yu, JIANG Da-chao

(Suzhou Nuclear Power Research Institute, Suzhou 215004, China)

Abstract：Thin-walled titanium tube is widely used as heat-exchange tube in nuclear power plant, and nowadays the inner ET testing is wildly used in titanium tube in-service inspection. In this paper we tested the sample tube with dents by ET tester, and made a comparison between the results, and then we found the linear relationship between signal amplitude and the dent area. Based on that, we provide a method to evaluate the dent degree of tubes quantitatively.

Key words:ET; Tube dent; Signal amplitude; Dent area; Evaluate quantitatively

收稿日期：2015-11-02

作者简介：陶于春(1973—),男,本科,高级工程师,主要从事核电厂在役检查相关工作。通信作者:梁鹏飞(1987—),男,工程师,主要从事核电厂在役检查相关工作，E-mail:liangpengfei@cgnpc.com.cn。

DOI:10.11973/wsjc201605010

中图分类号：TG115.28

文献标志码：A

文章编号：1000-6656(2016)05-0038-03