发电厂电磁无损检测的最新应用

电磁无损检测在发电厂的应用姜茜编译摘要电磁无损检测(NDT)法是指用于像水轮机叶片、发电机转子、护环及管式热交换器等电厂关键设备检测的涡流试验法。单频或多频涡流测试技术已与基于自动化计算机的无损检测系统相结合，成为快速提供现场数据的磁场检测器。借助它，可作出机组是否继续运行、还是维修和/或更换部件的重要决定。关键词发电厂涡流检测(ET) 无损检测(NDT)检查1 引言电磁无损检测(NDT)法是指涡流试验(ECT，ET)，它已广泛用于诸如汽轮机和燃气轮机叶片、发电机转子、护环以及管式加热交换器等电厂关键设备的检查。单频、倍频或多频涡流检测技术已与利用自动化计算机的无损检测系统相结合，成为快速提供现场数据的磁场检测器。借助它，可以做出关于机组继续运行、维修或更换部件的重要决定。由于涡流检测可以遥测，灵敏度高，速度快，所以成为目前许多应用场合的最佳无损检测方式。涡流检测是一种用于的表面和浅表层检测的无损检测方式，可以检测裂纹、坑蚀、壁减薄、磨损等缺陷，采用涡流检测的被测材质必须是像铜、黄铜、不锈钢、铬镍铁合金及钛等导电且磁导率不变的的材料。对于铁磁材料，可以采用诸如磁饱和或遥测磁场涡流检测等特殊技术。涡流透入深度以及检测缺陷的灵敏度在很大程度上与用于励磁探头线圈的交流电的频率有关。频率越高，对缺陷的灵敏度越高；频率越低，透入深度越深。但缺陷检测的灵敏度在减弱降低。因此检查员必须慎重选择频率，使涡流透入试件到所要求的检测深度，检测出所关心的缺陷。对于管形件检查来说，常常选择这样一种频率，当进行同一扫描时，该频率用于内外表面上的缺陷检测。涡流检测法优于无损检测法之处还在于速度快、试件接触压力最小、能自动检测、可以遥测，以及表面清洁工作量最小等。同时，其灵敏度也与液体渗透法或磁粉探伤法等其它无损检测法相当，甚至优于那些方法。涡流检测也有一些限制，举例来说，探头必须能覆盖检测面等，也就是说，小直径探头仅覆盖小面积。同时，被测材料必须是导电材料，这就限制ETR用于金属件。检测材料应有恒定的磁导率，这就限制它只能用于如铁磁性碳钢一类物件。此外，为了提供可靠的数据，必须培训高水平的人员培训和要求其俱备丰富经验。ASNT规定的二级测试员必须有80小时的课时培训，同时，能做本文讨论的特殊的涡流检测试验，检测的测试员还要进行40多小时的专业培训，包括多频涡流检测数据分析、叶片遥测及用于发电机部件检测的各种涡流检测法。除课堂培训外，另要求至少一年以上实际操作经验。目前，许多有关热交换器管涡流检测技术都是基于1960年H.Libby在Battelle西北实验室建所做的工作。1960和1970年代，该技术即被转换用于美国核舰艇热交换器的检测。美国核电厂随后利用涡流检测技术检测压水堆的热交换器,该技术也广泛适用于火电厂、制冷站和其它拥有大型热交换器的类似设备。涡流检测目前最新进展是基于光学和便携式计算机的单频和多频涡流检测测试仪。计算机采集及数据分析已加入系统中，以提高现场数据整理分析的速度和精确性，且检测后立即生成报告。此外，用于大范围涡流检测的特殊探头设计已取得进展，这些应用包括蒸汽和汽轮机、燃气轮机叶片及其连接区的遥测、发电机长转子的遥测，以及汽轮机转子内圆铁心装配表面自动检测的鞍式探头。基本的ET系统包括单频、倍频或多频仪器，具有为每一应用场合特殊设计的探头及与真实或仿真具有真实和仿真缺陷的被试件导电率相同的标准。涡流检测数据分析有赖于阴极射线跟踪范围或类似设备上的电子信号的相位角和振幅。检测部件时，探头扫描表面，并提供在导电材料内感应涡流的磁场。探头也可作为传感器来检测正常或试件校正电特性时由畸变引起的磁场微小变化，伴随其它可变常数，试件电磁特性中，裂纹将产生巨大变化，图1和图2所示汽轮机叶片就是这样。图1叶片根部带EDM凹槽校准叶片的涡流信号显示(箭头所指部位)(0.3175L mm0.0508W mm0.635D mm)图2L-1级上开裂叶片根部的涡流信号(箭头部位)，L-1级叶片根部及轮缘外侧遥测涡流检测试验。试验在2007年进行，采用可以同步显示涡流信号及叶片上探头位置视频的仪器(顶部右上角显示)这种情况下，对仪器在靠近屏幕垂直面生成的缺陷信号和在水平面的无缺陷信号已进行了校准，裂纹信号与其它叶片缺陷(例如坑蚀)明显不同。2 探头设计对电厂检测来说，涡流检测和无损检测方式可以分成两种基本技术，带探测线圈的系统用于非管形件检测，而筒式线圈系统则用于管形件的内表面。探测线圈如图3所示，也称作表面线圈、扁绕线圈、饼形线圈或笔形探头，所有叫法都用于描述相同的试验线圈类型。探测线圈外形能加工成型符合特殊的几何图形，或检测部件的关键区域，比如轮叶后沿、叶片与叶盘的连接面(叶片装上或可拆下)。探头可以通过手持或采用夹紧装置保持线圈与被试件垂直。为扫描像护环(套或未套上发电机转子)、汽轮机转子内膛或类似部件的大面积表面，探头常设计成有较大接触面。图3典型探测线圈设计通常，便携式单频或双频涡流探测仪器采用探测线圈。然而，对于大面积扫描，仪器可以集成入自动表面扫描系统，该系统可提供各部件探测位置的检测记录。任何一个探头的基本设计要求是获得试件右角的涡流场，以期预测缺陷的起因，达到最大的信号响应。所有涡流检测和无损检测中最关键的是采用实际校正的标准件，它具有与被试件相同的导电率与几何尺寸，以及同样的的人工或实际缺陷。此外，对编制程序和培训检查员而言，采用真实模型模拟接近条件也是非常重要的。第二个主要涡流检测系统是基于筒式线圈。筒式绕线线圈、内径线圈和内探头见图4，这种线圈从管形试件的内侧或内膛进行检查。筒式线圈用长的半软轴人工插入和取出，也可用自动探头驱动器插入和取出。图4典型筒式线圈为控制探头运动速度和产生持续结果，目前热交换器场合多采用自动探头传送系统插入和拔出探头。另外，多频涡流检测仪常用于这种场合。图5显示了无外管道支持或管道板影响的管道筒式线圈的典型CRT检测结果。图5给出了管路检查涡流检测数据信号分析的核心，从图可以确定壁损耗的百分数，以及缺陷是在外表面还是内表面。这对探测缺陷起源、缺陷特性以及管壁中的发生、发展都是非常重要的资料。图5CRT屏上薄壁非磁性管校正标准的典型信号响应(采用筒式线圈)3 应 用涡流检测在电厂的主要应用包括：汽轮机及燃气轮机叶片涡流检测对检测叶片后缘叶片连接区的缺陷有较高的灵敏度。如图2所示，涡流检测配合微型CCD 摄相机可以遥测汽轮机区，不用拆卸和通过进入口。大约从2006年开始，对7FA燃气轮机的停机检查就成为一项主要任务，发现了7FA机叶盘和叶片的缺陷。从汽轮机段2个銦钢706叶盘上取出叶片，采用特殊涡流探测探头和标样，对机组叶片连接处进行了探伤检查。在美国希望后期进行百余次这类检查工作。发电机单元或多元涡流探测探头最近已用于拔出槽楔后检查发电机转子槽齿部(鸽尾槽)，如图6、图7和图8所示。图6靠近极面的发电机槽楔齿部(鸽尾槽)(拔出槽楔后)热交换器在过去30中， 涡流检测用于从内表面检查热交换器管道、冷凝器、给水加热器及氢冷器，均可采用涡流探测方式检测墙壁的减薄坑蚀和裂纹。检测数据能用于决定检查周期和定期更换管子。图7标准块上用探测线圈测得的机械加工缺陷的典型涡流检测信号，用于模拟槽楔打出后发电机槽的尺寸和缺陷。图示为1.27mm深EDM缺口的涡流检测信号，信号相位斜向一、三象限。图8缺口信号及2.54mm深坑的涡流检测信号。坑信号斜向二、四象限(箭头所指)，由此可判定是裂纹还是坑 最近几年，采用计算机作为现场检查系统的一部分增强了数据分析能力，见图9。图9带筒式线圈的自动化涡流检测系统，包括计算机多频涡流、激光光盘数据存储器，数据分析软件及高速探头顶推器。做这一种检查时，筒式线圈探头插入管子全长，然后抽出，收集管子内有管壁减薄、坑蚀或裂纹的涡流检测数据。采用多频数据分析法，可以消除管板和管支承板的信号遮蔽，检测出该范围的缺陷，如图10、图11所示。图10中的涡流检测数据为304不锈钢冷凝器管(沿长度不同位置有铁磁管支承)的扫描数据。管支承的信号可能会使该处缺陷信号变得模糊不清。曲线A、B、C和D的信号为模拟冷凝器管长度扫描时的涡流检测纸带记录。A道为不同模式的最佳测试频率。B道用作不同混合模式的减频。C道用于消除或抑制强大的铁磁管支承的信号和提供短缺陷的信息。D道用于绝对模式，提供长缺陷的信息。E道到F道检查员选定的信号分析用门限区。图11中，G为遮蔽缺陷信号的管支承的信号，H为采用计算机数据分析技术除去管支承信号后的缺陷信号，经解释，缺陷为穿透壁厚88%的的坑蚀热交换器的涡检测结果通常表示管板除鳞，每根圆形管用彩色标注，表示管壁损耗的估计百分值(80%100%，60%80%等)。管子插入，不能进行检查(限制接近，不能清洗等)。然后这些数据用彩色饼状图表示出缺陷(壁损耗百分数)的分布。此外，利用基准检查和定期检查的数据，可以确定缺陷起因及发展趋势。这些结果可用于检测缺陷起因和发展中的急剧上升，它可以表征运行状态、水处理或热交换器中其它问题的变化情况。该结果也可确定最佳换管时间(通常当规定数量管子需要插入时)。4结语