陶于春,梁鵬飛，周　宇，姜大超

(蘇州熱工研究院有限公司， 蘇州 215004)

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渦流檢測(cè)冷凝器薄壁鈦管管壁凹陷程度的評(píng)估方法

陶于春,梁鵬飛，周宇，姜大超

(蘇州熱工研究院有限公司， 蘇州 215004)

摘要：目前普遍采用內(nèi)穿渦流檢測(cè)法對(duì)核電機(jī)組冷凝器的薄壁換熱鈦管進(jìn)行在役期間檢測(cè)，而管壁凹陷則是在役期間最常見的管壁損傷類型。對(duì)特制的凹陷樣管進(jìn)行了渦流檢測(cè)，將信號(hào)幅值與凹陷面積進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果顯示:信號(hào)幅值與管壁凹陷面積大致呈線性關(guān)系，并據(jù)此提出了一種用渦流檢測(cè)幅值來評(píng)估管壁凹陷程度的定量方法。

關(guān)鍵詞：渦流檢測(cè)；管壁凹陷；信號(hào)幅值；凹陷面積；標(biāo)定方法

冷凝器作為核電站的冷源，其安全性備受重視，各電廠冷凝器在役期間普遍采用了內(nèi)穿渦流法跟蹤檢測(cè)換熱鈦管[1-3]，以預(yù)防鈦管發(fā)生破損泄漏[4]。在冷凝器鈦管的渦流檢測(cè)中，管壁凹陷是最為普遍的一種缺陷類型[5-6]。但由于沒有相關(guān)對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，不同幅值信號(hào)所對(duì)應(yīng)的凹陷程度并不明確，這也給各電廠業(yè)主如何處理管壁凹陷鈦管帶來了較大困惑。筆者對(duì)換熱管上不同變形程度的凹陷缺陷進(jìn)行了渦流檢測(cè)，對(duì)比分析了檢測(cè)結(jié)果，并提出了一種管壁凹陷程度的定量評(píng)估方法。

1試驗(yàn)方法和設(shè)備

采用西班牙Tecnatom公司生產(chǎn)的ETBox2i型多頻渦流儀。檢測(cè)采用內(nèi)穿型、外徑為19.8 mm的Bobbin探頭，由EDDYSUN公司生產(chǎn)。被檢管及標(biāo)定管材料均為TITANIUM B 338 Gr2，規(guī)格為φ22.225 mm×0.7 mm，檢測(cè)頻率為400 kHz，標(biāo)定管的材料及規(guī)格與被檢管均相同。渦流檢測(cè)系統(tǒng)外觀如圖1所示。

通過使用直徑為5.8 mm的鋼棒擠壓被檢管,使其形成了一系列深淺不一的凹陷，其中編號(hào)1～9周向上只有一個(gè)凹陷，編號(hào)10～12周向上分別有2,4,3個(gè)凹陷，測(cè)量了各個(gè)凹陷長(zhǎng)度(凹陷的管壁弦長(zhǎng))，并近似計(jì)算出了相應(yīng)的各個(gè)凹陷區(qū)域表面積，其中10～12號(hào)周向上的凹陷面積為周向上各個(gè)凹陷總面積之和。從而得出凹陷面積與渦流檢測(cè)幅值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。被檢樣管如圖2所示。

試驗(yàn)中首先對(duì)標(biāo)定樣管進(jìn)行檢測(cè)，并將標(biāo)定管上φ1.5 mm的通孔信號(hào)標(biāo)定為：幅值8 V、相位40°。然后以相同的檢測(cè)速度檢測(cè)樣管各5次,并記錄各個(gè)顯示信號(hào)的幅值和相位，最后再對(duì)標(biāo)定管結(jié)束檢測(cè)，并確認(rèn)結(jié)束標(biāo)定時(shí)與開始標(biāo)定時(shí)通孔的幅值和相位相差在4 V和2°以內(nèi)。試驗(yàn)中凹陷缺陷信號(hào)如圖3所示，各凹陷檢測(cè)5次后,對(duì)其結(jié)果進(jìn)行平均,結(jié)果如表1所示。

圖1　渦流檢測(cè)系統(tǒng)外觀

圖2　被檢樣管

圖3　凹陷信號(hào)顯示

編號(hào)123456789101112凹陷長(zhǎng)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凹陷面積/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

圖4　檢測(cè)幅值及凹陷面積的變化曲線

2試驗(yàn)結(jié)果分析

圖4是被檢管各個(gè)凹陷渦流檢測(cè)幅值變化曲線與相應(yīng)管壁凹陷面積變化曲線的對(duì)比，可見兩條曲線的變化非常吻合，具有非常明顯的相關(guān)性。圖5是檢測(cè)幅值隨凹陷面積的變化趨勢(shì)，由圖5可以看到兩者的線性關(guān)系非常明顯，其相互關(guān)系可近似表達(dá)為線性方程：

(1)

圖5　檢測(cè)幅值隨凹陷面積的變化趨勢(shì)

式中:V為渦流檢測(cè)幅值；S為管壁凹陷面積，mm2。

而且周向上存在多個(gè)凹陷的情況下，其總的凹陷面積與檢測(cè)幅值也符合該線性關(guān)系。但該方程系數(shù)a和b受檢測(cè)環(huán)境、檢測(cè)參數(shù)、被檢管材料等因素的影響會(huì)發(fā)生變化，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況確定方程,然后根據(jù)方程、檢測(cè)幅值對(duì)管壁凹陷程度進(jìn)行大致估算。

3凹陷程度評(píng)估方法

依據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，可以借鑒標(biāo)定樣管的原理[7]，制備相應(yīng)的凹陷標(biāo)定管，在每次檢測(cè)前先檢測(cè)凹陷標(biāo)定管并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，在檢測(cè)中將發(fā)現(xiàn)的缺陷信號(hào)幅值與記錄的標(biāo)定管信號(hào)幅值進(jìn)行比對(duì)，參照標(biāo)定管來判斷信號(hào)幅值所對(duì)應(yīng)的凹陷程度，從而達(dá)到定量評(píng)估管壁凹陷的目的。具體方法如下：

(1) 制作與待檢換熱管材料、規(guī)格相同的樣管，并在其外表面用垂直于其軸心線的鋼棒壓出數(shù)個(gè)凹陷，凹陷對(duì)應(yīng)的渦流檢測(cè)幅值變化應(yīng)盡量平均且凹陷數(shù)應(yīng)大于6個(gè)。比如可以利用直徑5.8 mm的鋼棒壓出10個(gè)凹陷，其凹陷長(zhǎng)度分別為2,3,4,4.5,5,5.5,6,6.3,6.6,7 mm，相鄰凹陷的間距不小于20 mm。

(2) 通過各個(gè)凹陷的實(shí)測(cè)長(zhǎng)度L計(jì)算出各自的凹陷面積S，并在每次渦流檢測(cè)工作前首先對(duì)標(biāo)定管進(jìn)行渦流檢測(cè)，得出各凹陷的渦流檢測(cè)幅值V。

(3) 利用十個(gè)凹陷的凹陷面積S和幅值V形成的散點(diǎn)圖得到曲線V=aS+b，該曲線即為該次檢測(cè)的凹陷定量線。

(4) 在檢測(cè)中若遇到凹陷信號(hào)顯示，則可將其檢測(cè)幅值代入到標(biāo)定線公式中,求得其凹陷面積當(dāng)量。如此則能清楚直觀地了解到凹陷信號(hào)幅值所對(duì)應(yīng)的凹陷程度，從而恰當(dāng)?shù)亟o出處理意見[8]。

計(jì)算得到凹陷面積后，還可進(jìn)一步計(jì)算其對(duì)應(yīng)的凹陷深度。當(dāng)使用內(nèi)穿式探頭時(shí)，若在該凹陷深度下，理論上探頭已經(jīng)不能通過,而事實(shí)上探頭又能通過時(shí)，則可判定該處管壁周向上有不止一處凹陷，且該處所有實(shí)際凹陷面積之和應(yīng)等于通過凹陷定量線公式計(jì)算得到的凹陷面積。

需要注意的是，在檢測(cè)過程中，每次進(jìn)行檢測(cè)標(biāo)定以后，系統(tǒng)環(huán)境已發(fā)生改變[9]，則凹陷定量線需要重新計(jì)算。

4結(jié)論

(1) 凹陷的渦流檢測(cè)幅值與凹陷面積具有近似的線性相關(guān)性，且管壁同一位置周向上有多個(gè)凹陷時(shí)，其多個(gè)凹陷面積的和與相應(yīng)的檢測(cè)幅值間也同樣符合該線性關(guān)系。

(2) 可以通過檢測(cè)一個(gè)有6個(gè)以上凹陷的標(biāo)定管，得到各個(gè)凹陷的渦流檢測(cè)幅值，結(jié)合對(duì)應(yīng)的凹陷面積得到凹陷定量線V=aS+b。然后可將檢測(cè)中遇到的凹陷信號(hào)幅值代入定量線公式中得到凹陷面積當(dāng)量，從而對(duì)凹陷程度有清晰直觀的認(rèn)識(shí)。

(3) 使用內(nèi)穿式探頭檢測(cè)標(biāo)定管時(shí),可通過計(jì)算凹陷深度來初步判定該處周向上是否存在多個(gè)凹陷，不止一處凹陷時(shí)，該處所有實(shí)際凹陷面積之和應(yīng)等于通過凹陷定量線公式計(jì)算得到的凹陷面積。

(4) 在檢測(cè)過程中，每次進(jìn)行檢測(cè)標(biāo)定以后，需要重新計(jì)算凹陷定量線。

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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

作者簡(jiǎn)介：陶于春(1973—),男,本科,高級(jí)工程師,主要從事核電廠在役檢查相關(guān)工作。通信作者:梁鵬飛(1987—),男,工程師,主要從事核電廠在役檢查相關(guān)工作，E-mail:liangpengfei@cgnpc.com.cn。

DOI:10.11973/wsjc201605010

中圖分類號(hào)：TG115.28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-6656(2016)05-0038-03