核電站管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)能力研究

1、    核電站管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)能力研究    賀志清沈璐摘  要：核電站管道具有管道位置復(fù)雜、運(yùn)行周期長(zhǎng)以及易出現(xiàn)管道腐蝕減薄現(xiàn)象等特點(diǎn)，而管道腐蝕減薄是威脅安全的重要因素。常規(guī)無損檢測(cè)方法檢查管道，逐點(diǎn)掃查式的工作過程導(dǎo)致效率低下，且對(duì)于一些高空或者貫穿件等人力不可達(dá)管道無法進(jìn)行有效的檢測(cè)。該文選用超聲導(dǎo)波技術(shù)，在試塊中加工人工缺陷進(jìn)行導(dǎo)波檢測(cè)能力實(shí)驗(yàn);對(duì)同規(guī)格現(xiàn)場(chǎng)高空管道進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜情況進(jìn)行總結(jié);選取內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重管段進(jìn)行導(dǎo)波檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析。關(guān)鍵詞：超聲導(dǎo)波  腐蝕減薄  檢測(cè)：tm62    

2、;：a ：1672-3791（2019）09（c）-0034-03abstract： pipeline in power station has the characteristics of complex pipeline location and pipeline corrosion thinning after long operation period. pipeline corrosion thinning is an important factor threatening safety. the routine nondestructive testing method for

3、inspection of pipelines leads to inefficiency in point-by-point scanning process， and some inaccessible pipelines such as high altitude or penetrating member cannot be effectively inspected. in this paper， ultrasonic guided wave technology is used to process artificial defects in test blocks and con

4、duct guided wave detection experiments. inspect the on-site high-altitude pipelines with the same specification， and summarize the on-site complex situation; selecting pipe sections with serious internal corrosion for guided wave detection and data analysis.key words： ultrasonic guided wave; corrosi

5、on thinning; detection核電站管道貫穿全廠，具有管道位置復(fù)雜、運(yùn)行周期長(zhǎng)以后較易出現(xiàn)管道腐蝕減薄的現(xiàn)象等特點(diǎn)，而管道腐蝕是威脅安全的重要因素，可發(fā)生在管道內(nèi)、外壁，造成管壁缺損。應(yīng)用常規(guī)無損檢測(cè)方法（超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、表面檢測(cè)等）檢查管道，盡管有著眾多的優(yōu)勢(shì)，如國技術(shù)成熟，只需對(duì)人員稍加培訓(xùn)，就可以利用現(xiàn)有的專門設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，但常規(guī)無損檢測(cè)方法存在一個(gè)明顯的不足：逐點(diǎn)掃查式的工作過程導(dǎo)致工作量巨大，效率低下，且對(duì)于一些高空或者貫穿件等人力不可達(dá)管道無法進(jìn)行有效的檢測(cè)，因此需引入一種更為有效的檢測(cè)方法。近年來發(fā)展出一種能夠進(jìn)行快速、長(zhǎng)距離、大范圍、相對(duì)低成本的無損檢測(cè)方法，

6、即超聲導(dǎo)波（ultrasonic guided wave）技術(shù)。在固體中傳播的超聲導(dǎo)波，由于本身的特性，沿傳播路徑衰減很小，可以克服逐點(diǎn)掃描法及人力不可達(dá)管道檢查的不足;并且超聲波可以在充液、帶涂層的管道中傳播，使得檢測(cè)工業(yè)管道的效率大大增加。筆者通過對(duì)電站現(xiàn)場(chǎng)勘查，選取合適的導(dǎo)波檢測(cè)組件，在指定試塊中加工人工缺陷，選取內(nèi)部腐蝕結(jié)焦管道進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管道進(jìn)行檢測(cè)等，總結(jié)導(dǎo)波對(duì)電站管道的檢測(cè)能力以及局限性。1  檢測(cè)背景電站管道貫穿全廠，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，很多管道具有腐蝕減薄的風(fēng)險(xiǎn)。及時(shí)地對(duì)這些管道進(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)于保障電站安全運(yùn)行有著非常重要的作用。但部分人力不可達(dá)的貫穿件及高危高

7、空管道由于其相對(duì)特殊的位置長(zhǎng)期得不到監(jiān)測(cè)，從而增加了電站的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。某電站一規(guī)格為4英寸管道需對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，管段位于高空，且處于高空中的管段長(zhǎng)度較長(zhǎng)。2  方法選擇通過勘查現(xiàn)場(chǎng)，介于管道大部處于高空，且內(nèi)部存在介質(zhì)水的流動(dòng)狀態(tài)，綜合考慮決定采用mss超聲導(dǎo)波扭力波模式對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。為了在管道中產(chǎn)生扭力波，使用一個(gè)鐵鈷合金磁性條帶，將鐵磁性條帶用環(huán)氧樹脂膠粘在管道圓周上約520min。將mss線圈放置在鐵磁性條帶上。當(dāng)有交流電通過mss線圈時(shí)，在wiedemann效應(yīng)（一種典型的磁致伸縮效應(yīng)）的作用下，鐵磁性條帶中交流磁場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生剪切粒子位移。鐵磁性條帶中的剪切粒子位移通過粘合劑的粘貼

8、層機(jī)械地耦合到管道中，然后以t扭力波形式沿著管道的長(zhǎng)度傳播。通過相反（逆向）的過程，可以完成t扭力波信號(hào)的檢測(cè)（見圖1）。為了達(dá)到不同的檢測(cè)效果，檢測(cè)頻率是選擇：32khz、64khz和128khz。3  試件管道及狀況3.1 試件樣式圖2所示的管道是一根3inch×1m+大小頭+4inch×12m管道，在管道上又制作了6個(gè)人工缺陷分別對(duì)于1%、2%、3%、4%、5%、9%的截面損失率，距大小頭1.5m、3m、7m、9m、11m。在4inch管道靠近大小頭0.8m左右位置布置mss探頭。缺陷位置見表1，距離與切槽當(dāng)量百分比見圖3。3.2 試件數(shù)據(jù)采集通過導(dǎo)波檢測(cè)儀

9、采集軟件采集信號(hào)并保存，通過一些參考信號(hào)計(jì)算導(dǎo)波的速率和衰減，校準(zhǔn)信號(hào)幅度，設(shè)置閥值。通過標(biāo)記出來得出如圖4所示。3.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)（1）證明了mss超聲導(dǎo)波系統(tǒng)對(duì)缺陷檢測(cè)的靈敏度極高，能檢測(cè)出截面損失率3%的缺陷。（2）系統(tǒng)的軸向位置精度可達(dá)±20mm。4  選取一段內(nèi)部腐蝕結(jié)焦嚴(yán)重管道進(jìn)行采集分析4.1 試件樣式圖5為選取的一段內(nèi)部腐蝕結(jié)焦嚴(yán)重的管道，選取合適位置布置鐵鈷合金帶進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。4.2 數(shù)據(jù)采集通過導(dǎo)波檢測(cè)儀采集軟件采集信號(hào)并保存，數(shù)據(jù)顯示導(dǎo)波無法正常傳播，信號(hào)衰減嚴(yán)重，如圖6所示。對(duì)該管道采用超聲脈沖法單直探頭測(cè)厚（探頭選用ge公司生產(chǎn)的k5k直探頭），發(fā)現(xiàn)

10、單晶直探頭衰減嚴(yán)重，無明顯波形顯示，如圖7所示。雙晶探頭直讀式測(cè)厚儀單點(diǎn)讀數(shù)較為穩(wěn)定且無數(shù)值特別小的數(shù)據(jù)，但各個(gè)測(cè)點(diǎn)間部分?jǐn)?shù)據(jù)值存在較大差異。4.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)對(duì)于個(gè)別的內(nèi)壁結(jié)焦嚴(yán)重的管道，導(dǎo)波衰減嚴(yán)重。結(jié)合其他方法綜合判斷，可以作為評(píng)判管道內(nèi)部情況的一種參考手段。5  運(yùn)行在用管道檢測(cè)情況5.1 檢測(cè)管道圖7為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行在用管道，大部管段位于高空，選取地面合適位置布置鐵鈷合金帶進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（采集正方向?yàn)榻鼔w貫穿件，負(fù)方向?yàn)榉块g內(nèi)高空管段）。5.2 數(shù)據(jù)采集通過導(dǎo)波檢測(cè)儀采集軟件采集信號(hào)并保存，探頭正方向側(cè)為穿墻管道，負(fù)方向側(cè)為房間內(nèi)管道。正方向墻體內(nèi)部管道部分被水泥緊密貼合，導(dǎo)波無法

11、完全傳播，墻后無信號(hào);負(fù)方向房間內(nèi)部管道信號(hào)良好，支撐對(duì)于導(dǎo)波信號(hào)有一定衰減效果，導(dǎo)波可傳至第三彎頭焊縫處（傳播距離約為20m，之后信號(hào)燥聲增大，無法分析），未發(fā)現(xiàn)明顯管道截面損失情況，如圖8所示。對(duì)導(dǎo)波可達(dá)部位進(jìn)行超聲脈沖法單直探頭測(cè)厚法和雙晶探頭直讀式測(cè)厚儀測(cè)厚法進(jìn)行檢查，直探頭波形明顯（見圖9），直讀式設(shè)備顯示未發(fā)現(xiàn)異常減薄。5.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)（1）導(dǎo)波單次檢測(cè)范圍大，對(duì)于長(zhǎng)輸管線、較高、風(fēng)險(xiǎn)較大或人力較難觸及的管道優(yōu)勢(shì)明顯，可以完整地進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)能被完全記錄且較為可靠。（2）檢測(cè)范圍容易受管道支撐或者墻體影響。（3）對(duì)于管徑為4英寸的管道，導(dǎo)波傳播過程中遇到彎頭，能傳播至第3

12、個(gè)彎頭。6  結(jié)語通過此次試驗(yàn)，表明mss超聲導(dǎo)波檢測(cè)方法能達(dá)到較高的靈敏度，但對(duì)于太小的缺陷還是存在檢測(cè)盲區(qū);檢測(cè)的軸向位置誤差也在可接受范圍內(nèi);管道外來物（支撐件、水泥等）及管段形狀改變都會(huì)對(duì)導(dǎo)波傳播存在一定影響;通過自動(dòng)化數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)能被完全記錄;結(jié)合其他無損檢測(cè)方法，可以對(duì)管道進(jìn)行較為有效的檢查。后續(xù)還可進(jìn)行更加深入的實(shí)驗(yàn)。（1）參照gb/t 28074-2012，制作3%、6%、9%截面損失率的橫向環(huán)槽，用于對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行靈敏度和各種功能的測(cè)試。（2）制作多規(guī)格的管道試樣進(jìn)行導(dǎo)波實(shí)驗(yàn)，在試樣中同時(shí)應(yīng)該加入前期未考慮到的現(xiàn)場(chǎng)管道支撐件、焊接件、現(xiàn)場(chǎng)變徑管、不同類型的人工缺陷（平底孔、通孔、與管道軸向成一定角度的切槽等），用于研究對(duì)于道組件的超聲信號(hào)特征以及不同形式缺陷的信號(hào)特征和導(dǎo)波聚焦性能。也可對(duì)各規(guī)格管道距端部固定位置制作9%截面損失率的橫向環(huán)型切槽，用于制作dac