■文/王 亮 朱光藝 買買提艾力·肉孜 艾 紅
壓力管道的快速精準檢測
——超聲異波探傷技術(shù)原理介紹
■文/王 亮 朱光藝 買買提艾力·肉孜 艾 紅
本文介紹了超聲波導(dǎo)波技術(shù),并結(jié)合衍射時差法超聲檢測技術(shù)對壓力管道進行快速精準的檢測的原理。
長輸管道、民用燃氣、熱力管道以及鍋爐用管道常采用優(yōu)質(zhì)無縫鋼管加工而成,在使用過程中常因無縫鋼管原始缺陷、磨損、腐蝕、變形、裂紋等原因而發(fā)生破壞。特別是管道中存在軸向缺陷時(如裂紋、劃傷、重皮、折疊等缺陷),對管道的安全運行危害很大。管道檢驗的常規(guī)方法存在嚴重的不足:逐點掃查式的工作過程導(dǎo)致工作量巨大,效率低下,漏檢率高。對于長達數(shù)公里的管道而言,若進行全面檢測,任務(wù)將是非常艱巨,且可靠性差。
近年來,一種能夠進行快速、長距離、大范圍、先進的管道無損檢測方法,即超聲導(dǎo)波(Ultrasonic Guided Waves)技術(shù)逐漸發(fā)展成熟。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,可以克服逐點掃描法的缺點進行長距離、大范圍的全面檢測,其檢測速度快、可靠性高。在快速檢測的基礎(chǔ)上,有效利用衍射時差法超聲(TOFD)檢測技術(shù)對發(fā)現(xiàn)的有懷疑缺陷處進行精準的檢測,可以實現(xiàn)對缺陷的精確判斷和測量。
用鋼管與被檢驗鋼管應(yīng)具有相同的名義尺寸并具有相似的化學(xué)成分、表面狀況、熱處理狀態(tài)和聲學(xué)性能。制作對比試樣用鋼管上不得有影響探傷設(shè)備綜合性能測試的自然缺陷。人工缺陷形狀如圖1、圖2、圖3:
圖1 V形槽口α=60°
圖2 管樣試塊形狀示意圖
圖3 矩形槽口
檢驗縱向缺陷和橫向缺陷所用的人工缺陷應(yīng)分別為平行于管軸的縱向槽口和垂直于管軸的橫向槽口,其斷面形狀均可為矩形或V形圖。矩形槽口的兩個側(cè)面應(yīng)相互平行且垂直于槽口底面。當(dāng)采用電蝕法加工時,允許槽口底面和底面角部略呈圓形。
檢測時,根據(jù)需檢測的管道缺陷走向,先將管子外表面任意環(huán)向或縱向50mm寬放置導(dǎo)波探頭區(qū)域的油漆、氧化皮除去;如圖6所示,以利于管子表面與探頭圓弧的接觸和聲耦合,耦合劑采用黏度較大的機油。在發(fā)現(xiàn)缺陷處局部打磨管道外壁,放置導(dǎo)波探頭。
圖4
圖5
圖6
探頭只需要在管道的一條線上移動,可不做前后移動。探頭移動到達指定位置后,將探頭翻轉(zhuǎn)180°向回移動到起始位置。即完成掃查。如圖4所示。
檢測時應(yīng)對導(dǎo)波探頭接觸面進行修磨,使探頭接觸面的曲率半徑與被檢測管子曲率半徑之差應(yīng)小于10%。探頭接觸面修磨后,應(yīng)注意探頭入射點和折射角的變化,保證導(dǎo)波模態(tài)不發(fā)生變化。如圖5所示。對于直徑大于500m m的管道,檢測時可不修磨探頭接觸面。
通過導(dǎo)波和T O F D檢測方法優(yōu)缺點、適應(yīng)性的對比研究,確定能夠?qū)崿F(xiàn)管道檢測的最優(yōu)方法。研究不同參數(shù)探頭在不同規(guī)格管道上的檢測靈敏度、信噪比以及探頭參數(shù)對檢驗的影響,選擇滿足檢測需要的探頭。通過試驗分析,確定本項目檢測技術(shù)的適用范圍,并繪制距離-波幅曲線??偨Y(jié)管道檢測方法,編寫相關(guān)的檢測工藝。
目前就鍋爐管道而言,在我國,83%以上的電力是由火力發(fā)電廠提供的。隨著老機組服役時間的增長,調(diào)峰機組的增多以及新裝機組參數(shù)的增高等,給熱力設(shè)備的安全經(jīng)濟運行和維護帶來許多新問題。據(jù)近期統(tǒng)計,熱力設(shè)備事故中鍋爐占60%,其中四管爆破事故占鍋爐事故的65%。在美國,鍋爐管道損傷也是熱力發(fā)電設(shè)備可用率低的首要原因,近十年來,已發(fā)現(xiàn)5萬多臺鍋爐管道損傷,相當(dāng)于可用率減少60%。另外,在我國長輸管道和民用燃氣、熱力管道更是不計其數(shù),遍布在城市的大街小巷,這些管道的安全直接關(guān)系到老百姓的生命安全,由此可見,研究壓力管道的無損檢測技術(shù),以預(yù)知隱患,對確保管道的經(jīng)濟、可靠運行具有十分重要的意義。
(作者單位:新疆自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院 國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院)