IRIS 技術(shù)在省煤器翅片管腐蝕檢測中的試驗研究

孫 杰 李緒豐 胡華勝 王 磊

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院 佛山 528251)

帶翅片省煤器管是電站鍋爐中的典型重要構(gòu)件之一，與常規(guī)的換熱管束不同，省煤器安裝焊接完成后已成封閉狀態(tài)，因此對于在役狀態(tài)下的省煤器翅片管采用的檢查手段一般僅有宏觀目視或打水壓測漏的方式。傳統(tǒng)的打壓測漏既費時，還存在一定危險性，因此，對于翅片管的質(zhì)量檢測，往往是先采用宏觀檢查方式，在宏觀檢查階段發(fā)現(xiàn)存在異常條件下，采取渦流、漏磁、超聲導(dǎo)波等方式配合檢測。研究在此提出一種宏觀檢查+旋轉(zhuǎn)超聲檢測（Internal Rotary Inspection，簡稱IRIS）的抽查手段，對某石化廠熱電聯(lián)產(chǎn)電站鍋爐的省煤器翅片管進行在役腐蝕檢測試驗，結(jié)果顯示采用IRIS 技術(shù)可有效對省煤器翅片管腐蝕損傷進行定量檢測，且相比常規(guī)渦流、遠場渦流、超聲導(dǎo)波檢測數(shù)據(jù)結(jié)果更加直觀。

1 IRIS 系統(tǒng)組成及基本特征

常用的IRIS 系統(tǒng)是由儀器主機、注水裝置、檢測探頭、45°反射鏡、對中裝置、專用數(shù)據(jù)分析軟件等組成[1]。系統(tǒng)組成如圖1 所示，管中首先注滿水進行耦合，后經(jīng)超聲探頭激發(fā)高頻脈沖波，45°反射鏡可將激發(fā)出的超聲波沿管子徑向傳播，如此將在管道內(nèi)外表面反射得到一個回波，經(jīng)數(shù)據(jù)采樣進行處理即可計算出管子壁厚及其他相關(guān)尺寸參數(shù)，因此可以檢測出壁厚減薄如沖刷腐蝕、局部坑蝕等相關(guān)缺陷[2-5]。同時不難看出，IRIS 檢測技術(shù)實則為水浸超聲檢測技術(shù)的一種。不同于以往的電磁檢測方法，該種檢測方法的最大特征便是不受材料鐵磁性影響，可以分辨管子腐蝕區(qū)域，定量管子的金屬缺損。

圖1 IRIS 檢測系統(tǒng)基本示意

2 試驗檢測結(jié)果

2.1 適用條件

當(dāng)前IRIS 設(shè)備一般適用于管徑為φ13 ～75 mm，壁厚范圍為1 ～20 mm 的管段腐蝕檢測，對是直管段還是U 形管或是蛇形管沒有限制[6]。

2.2 某電站鍋爐低溫省煤器翅片管IRIS 抽查檢測

2018 年某石油化工裝置內(nèi)一臺熱電聯(lián)產(chǎn)電站鍋爐在日常運行過程中出現(xiàn)水位異常下降，隨即停爐安排進行內(nèi)部檢驗，經(jīng)宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，該臺鍋爐由于投用運行時間已超過12 年，鍋爐本體多處構(gòu)件已經(jīng)出現(xiàn)較為嚴重保溫層下腐蝕，且發(fā)現(xiàn)低溫省煤器部位已經(jīng)存在疑似腐蝕泄漏，見圖2。

圖2 低溫省煤器疑似存在泄漏部位

現(xiàn)場經(jīng)仔細排查，發(fā)現(xiàn)其中1 根翅片管外表面存在孔洞，對其進行切割取樣，并進行剖開觀察發(fā)現(xiàn)該管已經(jīng)出現(xiàn)多處穿透性孔洞，見圖3。同時為了保障剩余疑似存在嚴重腐蝕的翅片管不會漏檢，經(jīng)業(yè)主同意對泄漏管段附近7 根翅片管進行切割取樣。

圖3 存在泄漏穿孔翅片管樣圖

對剩余7 根割管后翅片管進行IRIS 檢測掃查，首先堵住管段一端，對管內(nèi)進行注水后再將探頭引入管內(nèi)，檢測后發(fā)現(xiàn)7 根管段皆出現(xiàn)了一定程度的腐蝕減薄，最大壁厚減薄量達18.4%，檢測數(shù)據(jù)見表1，IRIS數(shù)據(jù)結(jié)果見圖4。另外通過觀察圖4 可知，IRIS 檢測得到的數(shù)據(jù)可以清晰地分析缺陷分布情況和腐蝕深度情況，相比常規(guī)渦流及遠場渦流檢測、導(dǎo)波等，IRIS檢測數(shù)據(jù)圖樣更加直觀易懂。

表1 IRIS 檢測數(shù)據(jù)

圖4 IRIS 數(shù)據(jù)結(jié)果圖示

3 IRIS 檢測適用性分析

3.1 優(yōu)勢分析

1）與傳統(tǒng)的渦流檢測不同，IRIS 檢測不受管子材料鐵磁性影響，可直接對管子內(nèi)、外表面進行腐蝕檢測，檢測呈現(xiàn)的圖像可實現(xiàn)C 掃或者B 掃成像，并可直接給出壁厚具體的減薄數(shù)值，這一點是一般的常規(guī)渦流、遠場渦流、超聲導(dǎo)波等儀器無法滿足的。

2）對于常規(guī)無損檢測方法，對于省煤器翅片管幾乎無法做到精確定量檢測，且IRIS 檢測效率較高，在管子內(nèi)部不存在結(jié)垢或者堵塞的情況下，可平均3 min之內(nèi)一次性檢測完成單根4.5 m 長的翅片管。

3.2 存在的不足

采用IRIS 檢測相對渦流檢測而言，前期準(zhǔn)備工作會相對復(fù)雜，具體體現(xiàn)在現(xiàn)場需要對管子內(nèi)部做好清垢準(zhǔn)備，同時需要對管子內(nèi)部提前注水，因此對現(xiàn)場準(zhǔn)備的工作條件提出的要求更高。

4 IRIS 應(yīng)用推廣前景

從工程經(jīng)驗來看，省煤器翅片管出現(xiàn)穿孔泄漏的常見原因主要是腐蝕減薄，常規(guī)渦流及遠場渦流檢測主要針對局部腐蝕和點腐蝕檢測靈敏度較佳，而對于超聲導(dǎo)波檢測其優(yōu)勢主要是掃查管段均勻腐蝕或具有一定面積區(qū)域的金屬局部減薄缺陷，對于孔蝕檢測能力較弱，2 種檢測數(shù)據(jù)顯示僅能給出A 掃波形或相位-幅度圖示，不夠直觀，在這方面IRIS 則能凸顯出自身優(yōu)勢，其數(shù)據(jù)顯示和缺陷檢測靈敏度皆優(yōu)于渦流檢測及導(dǎo)波檢測。渦流、超聲導(dǎo)波、IRIS 三者技術(shù)對比見表2。

表2 渦流、導(dǎo)波、IRIS 檢測三者技術(shù)對比

IRIS 近幾年在國內(nèi)石油化工和核電領(lǐng)域皆有較多應(yīng)用，國內(nèi)方面應(yīng)用較多的是奧林巴斯MS5800 及其升級版樣機設(shè)備，在換熱管束、蒸汽發(fā)生器管束、裂解爐爐管、省煤器安裝前翅片管等都有應(yīng)用的場合，在檢測碳鋼、合金鋼、鋯合金、黃銅等管子都有成功應(yīng)用的案例，對于管子存在的各種局部腐蝕、沖刷腐蝕、凹坑等都可快速識別。

5 結(jié)論

1）IRIS 檢測是一種較為精確的腐蝕檢測手段，對于缺陷定位及缺陷定量可以良好地滿足要求，盡管采用IRIS 檢測需要對現(xiàn)場管子內(nèi)部進行介質(zhì)清理和注水，但仍不失為一種可以推薦的腐蝕檢測手段。

2）相比渦流及導(dǎo)波檢測，IRIS 檢測基本不受材質(zhì)及檢測部位幾何形狀影響，可以作為一種有效檢測手段用于省煤器翅片管腐蝕檢測。

3）IRIS 檢測對于省煤器翅片管檢測具有良好的準(zhǔn)確性和適用性，建議今后對電站鍋爐省煤器、水冷壁、過熱器、再熱器等管子進行在役質(zhì)量抽查時優(yōu)先選擇IRIS 作為腐蝕檢測手段。