消防水管道内壁腐蚀超声导波检测应用

李伟光 孔全兴 杨宏欢

（苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004）

0 引言

消防系统作为核电厂的重要辅助系统，对核电厂的安全运行起着非常重要的作用，同时还担负着保证核电厂运维人员安全疏散的功能，消防系统异常情况下可能直接威胁核安全。厂房内消防管道通常采用内外镀锌管道，外壁采用涂层进行防护，内壁无额外的防护措施。随着核电站机组运行年限的增长，消防水管道腐蚀问题日益严重，由腐蚀引起的管道内壁结瘤、堵塞、穿孔泄露等问题成为目前困扰电站的重要问题[1]。

核电厂厂房内消防管道通常都是架空布置，因消防系统需要长期运行，管道内部腐蚀缺陷无法停机检查，常规壁厚检测如超声波测厚等方式只能采用逐点检测的方式，检测效率低，且需要大量的辅助工作，很难检出腐蚀缺陷位置。超声导波技术具有长距离在线检测的技术优势，可以实现管道100%检测[2]。本次检测先采用英国Wavemaker G4超声导波检测系统对管道进行腐蚀筛查，对疑似缺陷位置采用超声波测厚仪进行壁厚检测验证。

1 超声导波技术简介

超声导波检测技术（Ultrasonic Guided Wave）与传统检测方法相比具有突出的优点，超声导波具有一次性检测范围大的优点，即可以一次性实现对整根管道的检测100%检测，而传统无损检测技术只能实现局部单点检测。另外，由于超声导波沿着管道传播，而不是透过， 声场遍及整个壁厚， 因此整个壁厚都可以被检测到，这就意味着既可以检测管道的内部缺陷也可以检测管道的表面缺陷。

超声导波检测时，在管道的一端激励频率小于100kHz的低频超声波，当管道横截面发生改变时，导波会向传感器发射一个反射信号，通过分析该反射信号即可探知管道的内外部缺陷位置和腐蚀状况，同时检测中引入了C扫描技术，使腐蚀缺陷检测技术更为完善[3]。

2 管道超声导波检测原理

超声导波是一种沿着介质结构长度传播，并被介质几何边界导向约束的弹性机械波。其主要沿管道轴向传播，受声波频率和材料厚度影响，当管道截面积发生减薄或增厚时，导波信号会发生反射、散射等现象，而会有一定比例的能量波被反射回传感器，对不连续性的检测机理就是通过反射回波来发现和判断缺陷的大小的。通过分析缺陷产生的附加波型转换信号等回波信息，可以识别出金属缺损和管道外形的特征。

当遇到管道特征时（如环焊缝、金属损失处），如果这些特征在管道轴向是对称的，反射波的波峰均匀地反射回来产生对称的反射信号，显示为黑色曲线；如果这些特征是不对称的，如局部存在腐蚀等，由于入射声波的反射发生了模式转换，在产生对称信号的同时还会产生不对称的信号，显示为红色曲线。具体如图1所示。数据分析时，根据某特征处黑色与红色信号强度比例，以及在不同频率、带宽、声波信号的特点，就可以分析出该特征的性质、严重程度等信息。

3 核电厂消防管道检测

本次检测采用Wavemaker G4超声导波检测仪，传感器采用对夹式和充气式传感器探头环，并借助WavemakerPro软件对超声导波检测仪采集的数据进行分析，探头环示意图如图2所示。采用奥林巴斯超声测厚仪45MG对疑似缺陷位置进行测厚验证。

消防管道为架空布置管道，高空位置超声导波检测采用吊篮和脚手架作业，对检测出异常信号点进行验证。超声导波检测管线及验证结果如表1所示。

4 分析及讨论

（1）移动式消防设备连接管线

移动式消防设备连接管线外观未发现明显异常，检测结果显示如图3所示，距离探头环-3.61m位置发现异常信号，并采用超声测厚确认，该区域存在局部减薄；

（2）消防水泵小流量管线

消防水泵小流量管线外观未发现异常，检测结果显示如图4所示，距离探头环正方向0.93m位置发现异常信号，并采用超声确认，该区域存在局部减薄；

（3）消防水泵出口管线

消防水泵出口管线外观未发现异常，检测结果显示如图5所示，未发现异常信号。

表1 消防管线检测及壁厚验证结果

通过消防管检测结果看，超声导波技术主要检测管道横截面积改变量，在管道外观状态可以目视检查的情况下，通过检测结果A型图异常信号可以判断管道内壁局部腐蚀情况。另外，根据工程经验，内部管道状态良好管道信号衰减速率为0.5DB/m，本次检测的管道衰减速率基本在2.1DB/m，也可说明管道内部发生了均匀腐蚀。另外，通过管道超声导波筛查，找出异常腐蚀点，对该部位定期跟踪，推算出壁厚减薄速率，为后续的运行和剩余寿命评估提供支持。

5 结论及建议

根据检测结果，得出以下结论。

（1）超声导波无损检测方法，能够实现消防系统运行情况下，通过异常信号和衰减速率两个方面对消防管道腐蚀缺陷进行快速筛查；

（2）采用超声导波检测技术对管道内部疑似缺陷进行定位是可行的，需要辅以超声相控阵和超声波测厚技术进行实际壁厚验证；超声导波检测数据分析复杂，对检测人员技能要求比较高。

根据消防管道的内壁腐蚀原理、镀锌层保护以及超声导波检测结果，给出如下建议。

①核电厂消防管结构复杂，要充分结合管道布置和走向，制定合理的超声导波检测方案。检测盲区使用辅助的检测手段或探头环更换位置重新采集数据；

②核电厂厂房内架空消防管通常采用镀锌管，根据消防管运行结果跟踪，内部镀锌层通常5～8年消耗完毕[4]，消防管运行5年左右时间对消防管道进行超声导波检测，找出管道腐蚀缺陷点和壁厚减薄点，对这些位置进行定期测量壁厚或长期监测[5]，跟踪壁厚腐蚀减薄趋势，根据腐蚀趋势提早制定消防管合理的运维和延寿计划。