劉召東 別磊 楊忠杰

摘 要：交流電磁場檢測（ACFM）技術產生于20世紀80年代，當時主要用于檢測和評估海上石油平臺水下焊管交叉焊口疲勞裂紋的穿透深度。由于該檢測技術具有受檢測表面粗糙度、溫度影響較低，且能測出缺陷深度等特點，近年來逐漸開發(fā)應用于特種設備。本文提出一種基于電磁場檢測技術，對在線高溫閥門表面進行檢測。通過對15只閥體表面檢測，檢出裂紋、氣孔等缺陷20余處，經打磨后得到驗證。為因特殊情況不能停機檢測提供了檢測可能性，是常規(guī)無損檢測的有效補充。

關鍵詞：電站鍋爐，閥門，裂紋，在線檢測

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.04.030

Online Detection of Valve in High-temperature Power Plant Based on Alternating Current Field Measurement （ACFM）

LIU Zhao-dong BIE Lei YANG Zhong-jie

（Rizhao Special Equipment Inspection and Research Institute）

Abstract： The alternating current fi eld measurement （ACFM） technology was developed in the 1980s， which was mainly used to detect and evaluate the penetration depth of fatigue cracks in the cross welded junction of underwater welded pipe of offshore oil platforms. Due to the low infl uence of surface roughness and temperature， and the ability to measure the depth of defects， this detection technology has been gradually developed and applied to special equipment in recent years. In this paper， a method based on alternating current fi eld measurement technology is proposed to detect the surface of online high-temperature valves. Through surface detection on 15 valve bodies， more than 20 defects such as cracks and air holes are found， which are verifi ed after polishing. It is an effective supplement to conventional nondestructive testing， and it provides the possibility of testing if the machine cannot be shut down for testing due to special circumstances.

Keywords： power station boiler， valves， crackle， online detection

1 引 言

電站鍋爐主蒸汽閥門是電站鍋爐系統(tǒng)中重要的控制部件之一。電站鍋爐參數高，功率大，主蒸汽閥門一旦發(fā)生事故，容易造成群死群傷，是影響鍋爐安全運行的重要元件。近年來，省內多家電站鍋爐單位，在鍋爐壓力管道定期檢驗過程中，發(fā)現(xiàn)主蒸汽閥門（主要是承壓殼體）存在大量超標缺陷，有著較大的安全隱患，并具有較大普遍性。目前，國內電站鍋爐閥門檢測時機一般采用停機檢測，如果停機檢驗，影響整個鍋爐系統(tǒng)的正常運行，必然造成重大經濟損失，不停機檢驗勢在必行，本文重點對電站鍋爐閥門不停機檢測進行了研究。

2 方法簡介

電磁場檢測技術（ACFM）基于 ACPD（交流電壓降法）發(fā)展而來，檢測原理是激勵探頭產生激勵磁場作用于檢測對象表面，根據電磁感應原理，均勻變化的磁場在被檢表面產生均勻電流。當探頭運動軌跡進入缺陷區(qū)域后，電流無法直接穿過缺陷，只能從缺陷底部和兩側繞行，電流流向變化對缺陷表面的二次磁場產生擾動。通過拾取檢測對象表面畸變磁場來判別缺陷，通過選擇表面磁場分量Bx和Bz軌跡上的關鍵點，能夠估算不連續(xù)的尺寸，通常采用Bz峰谷間距評估裂紋長度，采用Bx波谷深度評估裂紋深度[1]。

該方法具有非接觸、無損壞、量化精度高等特點。在線檢測技術采用ACFM檢測新技術，不需要鍋爐停機即可實現(xiàn)檢測目的。為使用單位節(jié)約了大量的人力物力和經濟成本，受到用戶的廣泛好評。

3 檢測標準要求

當前，鍋爐及閥門附件檢測主要參照NB/T 47013-2015標準《承壓設備無損檢測 4、5部分：磁粉檢測和滲透檢測》[2]及GB/T 7233.2-2010標準《鑄鋼件超聲檢測 第 2 部分：高承壓鑄鋼件》標準[3]執(zhí)行。鍋爐在運行中溫度較高，超出常規(guī)檢測條件范圍，無法在線檢測，均需停機后實施。ACFM檢測技術國內尚無標準，本文參照ASME交流場測量標準（SE-2261/SE-2261M）[4]進行。

4 檢測方案

現(xiàn)場高溫檢測需考慮的因素：儀器設備的選擇；高溫狀態(tài)下的檢測靈敏度；探頭掃查方式方向；曲率對靈敏度（交流磁場強度）的影響等。

案例閥門基本情況（見表1）：某公司在用主蒸汽閥門工作壓力5.5MPa，最高工作溫度350℃。

4.1 檢測設備器材

檢測系統(tǒng)由交流場測量儀器、探頭和對比試塊組成。

4.1.1 檢測系統(tǒng)檢查

儀器和探頭的組合靈敏度以及水平線性和垂直線性等指標應符合ASME-ACFMT的規(guī)定。探頭和儀器的組合靈敏度，應達到標準試塊規(guī)定，即3*0.5mm缺陷；水平線性誤差不大于1%，垂直線性誤差不大于5%。

4.1.2 探頭

一個閥門存在不同曲率半徑，凸凹不平且不規(guī)整，無法制作標準曲率的探頭楔塊，采用平面探頭，通過曲率試塊來實現(xiàn)靈敏度補償，探頭接觸面隔熱采用石棉和玻璃絲材料纏繞。探頭傳感器靈敏度不低于1/10000v；探頭有效檢測面積不低于10*20mm；儀器及探頭的性能測試按照ZBJ04001的規(guī)定進行測試。

4.1.3 對比試塊

參照ASME規(guī)范E-2261M-12制作對比試塊（見圖1），加工參數（見表2）。為保證檢測數據的可靠性，將試塊放在電加熱爐加熱，對試塊加熱一定溫度后，進行熱態(tài)比對試驗檢測，以驗證高溫檢測環(huán)境下靈敏度的準確性。試驗發(fā)現(xiàn)，其中400℃下掃查獲得的缺陷信號Bx圖像（見圖2）和400℃下掃查獲得的缺陷信號Bz的圖像（見圖3），此時缺陷特征仍與典型缺陷圖像吻合，根據ASME規(guī)范E-2261M-12規(guī)定，判定400℃時5mm缺陷仍可做到檢出。

4.2 曲率試驗

不同曲率檢測面會影響檢測效果，與平面工件有一定差異。筆者采用弧度變量仿真軟件進行比對，可以看出，工件曲率對ACFM檢測存在一定影響，缺陷處Bz及Bx磁場強度，隨著曲率半徑的增加，R從60mm變化至130mm時，對ACFM檢測的影響逐漸變小（見圖3），半徑到達200時，影響趨近于零（見圖4）。針對現(xiàn)場閥門結構尺寸，分別加工半徑 80mm和100mm曲率對比試塊，進行增益補償，以保證檢測靈敏度。

5 檢測結果

2022年4月21日，對該公司15只電站閥門進行檢測，發(fā)現(xiàn)4只閥體存在8處表面缺陷具體（見表3）。

編號為2#爐甲母管至減溫減壓電動隔離閥DN125檢測部位、缺陷位置及曲線（見圖5、圖6、圖7）。

6 檢測評價

本次在線檢測，現(xiàn)場閥門最高表面溫度350℃、材質為12Cr1MoV、型號分別是DN100/125/150/175/ 225mm。共計15只，其中檢出4只閥門8處存在表面缺陷，經現(xiàn)場打磨，均得到了認證，檢出正確率可達100%。

7 結 語

電站主蒸汽閥門在線高溫檢測，填補了高溫在線檢測的空白，通過檢測結果看出，檢測結果是可信的、檢測數據也是比較準確的。但也有其不足和局限性，首先，檢測只限于表面（近表面）開口缺陷，近表面埋藏缺陷檢出率較磁粉檢測低，ACFM對短、淺缺陷的敏感度通常低于傳統(tǒng)的渦流檢測技術，無法檢測內部缺陷。其次，受檢測人員技術水平、被檢對象材質及表面狀況影響較大。再者，目前國內尚無檢測標準，無法應用于特種設備檢驗之中，僅作為其他檢測方法的補充方法。最后，設備儀器還需統(tǒng)一制造標準，進一步研究開發(fā)等等。

參考文獻

[1]孔慶曉.脈沖交流電磁場深層缺陷量化檢測技術研究[D]. 青島：中國石油大學（華東）， 2017.

[2]國家能源局.承壓設備無損檢測：NB/T 47013-2015[S].北京：新華出版社，2015：7.

[3]國家標準化管理委員會.鑄鋼件超聲檢測 第 2 部分：高承壓鑄鋼件：GB/T 7233.2-2010[S].北京：中國標準出版社，2011：5.

[4]ASME鍋爐及壓力容器委員會無損檢測分委員會.ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范，第5卷，無損檢測[M]. 中國石化出版社，2011.

作者簡介

劉召東，本科，高級工程師，現(xiàn)任日照市特種設備檢驗科學研究院營銷總監(jiān)，研究方向為承壓類特種設備檢驗檢測和質量管理。

（責任編輯：袁文靜）