刘灿华 唐迺峰 应文忠 文彪
福州华能电厂
摘要：本文论述远场涡流检测技术的原理和Ｆｅｒｒｏｓｃｏｐｅ３０８远场涡流水冷壁管检测电磁成像系统，阐述了远场涡流检测技术在锅炉水冷壁管高效检测中的实用性。煤粉发电锅炉水冷壁存在高温腐蚀凹坑、磨损减薄和疲劳裂纹等缺陷。最后总结了远场涡流检测技术应用于火电发电锅炉的可行性。
关键词：水冷壁、远场涡流检测、水冷壁裂纹；
Practical analysis of far field eddy current testing technology in water wall tube inspection of thermal power boiler
Author:
Fuzhou Huaneng Power Plant
Abstract: This paper discusses the principle of the far-field eddy current testing technology and the ferroscope 308 remote field eddy water wall tube inspection system, and expounds the practicability of the far-field eddy current testing technology in the efficient detection of boiler water wall tubes. There are some defects in the water wall of pulverized coal fired boiler, such as high temperature corrosion pit, wear thinning and fatigue crack. Finally, the feasibility of the application of far-field eddy current testing technology in thermal power generation boiler is summarized.
Key words: water wall, far field eddy current testing, water wall crack;
近年来国内火电锅炉设计及生产技术日新月异，锅炉炉型已多元化发展，由于大型超临界机组增多，超低排放改造和燃烧材质的差异变化大，水冷壁管通常产生的缺陷为：高温腐蚀、磨损、腐蚀、砸伤、氢损伤，裂纹、鼓包等。火电厂面临锅炉水冷壁管爆管的严峻形势。水冷壁管的在役状态将影响到锅炉的安全与经济运行，经多年火电厂锅炉四管防磨防爆及金属监督工作积累的经验，国内火电厂普遍采用已形成较为成熟的检查手段及金属检验方式。锅炉四管常规检查方式基本归纳为“一看、二摸、三测量”。针对不同炉型锅炉，四管缺陷隐患陆续爆发，如锅炉水冷壁检查盲区（磨损、腐蚀、砸伤）、高温受热面氧化皮等现状。针对以上现状，急需利用高新检测技术配合火电厂进行锅炉四管检查及金属监督工作。确保炉管爆管造成非停事故；故对火电发电锅炉水冷壁向火侧进行合理、 全面且高效的检测，对锅炉安全运行起到举足轻重的作用，对降低能耗、减少和避免非停带来的经济损失也发挥了重要作用。远场涡流检测技术是基于远场涡流效应的一种管道非接触式检测新技术，是近些年来发展的一种无损检测新技术，可应用于电厂锅炉、石油化工、长输管线、城市管网、压力容等。
随着国内外远场涡流理论的逐步完善与不断发展，利用有限元仿真技术和其它基于计算机的解析技术得到证实。目前，远场涡流技术广泛用于铁磁管道无损检测中，石化行业广泛使用着各种形式的交换器，远场涡流的优越性和可靠性正为人们广泛认识。利用傅立叶描述符表示出缺陷复平面轨迹的特征向量，再以模式识别进行缺陷分类的方法已经得到了研究。有的研究则是应用与传统涡流检测技术相类似的平衡技术，以突出缺陷存在时产生的畸变信号来表征对应的小缺陷信号。另外采用多频技术来增强对缺陷的检测和识别能力以排除额外信号的影响的方法也受到重视。本文仅从在役碳钢管锅炉水冷壁远场涡流检测这一专题来阐述这项技术的实际应用和意义。
1、远场涡流的原理
远场检测技术( remote field testing , 简称RFT), 又称远场涡流检测技术(remote field eddy current，简称RFEC)是一种能穿透金属管壁的低频电磁检测技术。探头通常为内通过式和外置式。由激励线圈和检测线圈构成，激励线圈和检测线圈相距二至三倍管外径的长度, 激励线圈通以低频交流电,产生的磁场信号穿透管壁后，沿管子方向传递，在远场区又再从管外面穿透管壁，信号被管内的检测线圈接受,接收到的信号幅度和相位与壁厚有关，利用Easy-Log Pro专用软件即可测得管壁的减薄量及缺陷，从而有效地检测管子的内、外壁腐蚀及管壁的减薄、鼓包、氢损伤裂纹等。磁场信号穿透了两次管壁完成检测。若管子发生腐蚀减薄，由于信号穿透的金属变少了，检测线圈所接受的信号会相位提前 (时间减少) 和幅度提高。因此，RFT的主要技术特征是激励线圈与检测线圈间距和信号的穿透性。原理图（图一）
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采用爬壁机器人携带外置式多通道探头和传输信号线，配合多通道远场涡流仪及彩色成像分析软件，即可高效率实现对锅炉水冷壁管进行扫查，可实时显示管内外壁厚减 薄腐蚀、点状腐蚀、裂纹等缺陷的大小、位置、深度等数据。一次性检测可覆盖管子向火面。远场涡流自动检测系统（图二）
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水冷壁管常见的内外壁缺陷类型：
主要存在的缺陷包括腐蚀凹坑、磨损减薄、疲劳裂纹、鼓包等。
3、远场涡流自动检测系统场景应用；
福州华能发电厂锅炉水冷壁管检测情况；具体参数如下：
锅炉采用内螺纹管垂直上升式的焊接膜式水冷壁，炉膛断面尺寸为19230mm×19268mm。水冷壁管共有1728根，前后左右四面墙各432根，均为φ28.6mm×6.2mm（最小壁厚）四头螺纹管，材质15CrMoG，节距44.5mm，管子间加焊的扁钢宽为15.9mm，厚度6mm，材质15CrMo。锅炉水冷壁管材质15CrMoG，规格：φ28.6mm×6.2mm，管子数量1600根,合计15000米；管子表面未做清洁处理。
对比式样的加工制作：
涡流检测是一种比较法检测，为了调节仪器、评定缺陷，检测前需制作标准样管。按照JB/T4730.6-2015《承压设备无损检测第6部分：涡流检测》第六章《在用铁磁性钢管的远场涡流检测》对该水冷壁管进行远场涡流检测。制作对比式样管，按照标准要求和检测需要，样管规格φ28.6mm×6.2mm，材质15CrMoG，取一根现场切割管做人工缺陷验证管和一根同规格的新管标样管。标样管如图（三）所示，人工缺陷验证管。如图（四）所示
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检测条件：
选用加拿大路赛尔无损检测公司研制的Ferroscope 308型远场涡流成像检测系统。外置式远场涡流检测探头，配备爬壁式机器人。第一步确定满足检测环境。检测前首先利用标样管对仪器进行参数选择和设定，再对标样管进行测试，调节最佳频率、相位、增益等检测参数。先检测标样管，使标样管上的1-5缺陷都在分析图谱中显示出最佳。最后确定检测条件为：检测第一频率为27Hz，第二频率为54Hz，ABS通道增益60dB,Diff通道160dB,机器人爬行速度为50mm/s。
检测结果的分析
水冷壁管受热面本次四面墙共检测1600根,合计15000米；根据远场涡流检测数据分析结果，共判定缺陷管354处，119处缺陷性质为横向微裂纹，235处定性为局部胀管，远场涡流对水冷壁管裂纹的发现明显。示例如下；
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总结：
远场涡流检测技术适合应用于在役发电锅炉水冷壁高温腐蚀、磨损、内壁腐蚀、机械伤、氢损伤，疲劳裂纹、鼓包等缺陷的检测，四管检查和金属监督结合远场涡流检测技术手段，有效减少缺陷漏检可能性、提高工作效率等优点，这种新的检测技术手段，适合推广。随着国内火电锅炉设计及生产技术日新月异，锅炉炉型已多元化发展，由于大型超临界机组增多，超低排放改造和燃烧材质的差异变化大，确保炉管爆管造成非停事故，该技术在火电锅炉水冷壁中的检测应用将得到推广与 普及，对保证火电发电锅炉的安全可靠运行具有重要意义。
参考文献：
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2、ＡＳＴＭＥ２０９６—２０００在役铁磁性钢管远场涡流检测技术导则［ Ｓ］．
3远场涡流无损检测技术的发展与应用［ Ｊ］．严舒．石油 科技论坛
4锅炉水冷壁爆管原因分析[J].品牌与标化 王瑛玖，伍先波.
5管道远场涡流无损检测技术综述 [J], 徐小杰