換熱器泄漏管渦流信號(hào)研究

1、蒸汽發(fā)生器傳熱管彎管間隙測量方法曹剛（國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)公司，上海200233）摘要本文介紹蒸汽發(fā)生器傳熱管彎管間隙測量方法，重點(diǎn)闡述渦流測量的原理和過 程。主題詞蒸汽發(fā)牛器；傳熱管；間隙；測量；渦流信號(hào)；幅值measuremnet methods of gaps between bends forsteam generator heat exchange tubescao gang（snpsc, shanghai 200233）abstract: the article introduces measurement methods of gaps between bends for the

2、 steam generator heat exchange tubes, mainly describes the theory and process of eddy current measurement keywords: steam generator, heat-exchanging tubes, gaps, measurement, eddy current signals, volts一、前言蒸汽發(fā)牛器在運(yùn)行工況下，傳熱管不可避免地耍進(jìn)行震動(dòng)，為防止管子彎曲或相鄰管 子摩擦產(chǎn)生損傷，一般在傳熱管外側(cè)相隔8001000mm安裝支撐板。支撐板既能支撐管子， 乂能避免相鄰管子接觸。熬

3、汽發(fā)生器傳熱管為u型管，彎管區(qū)相臨管子的間隙通常為4 5mmo如果彎管間隙過小，運(yùn)行屮彎管區(qū)相鄰管了有可能發(fā)生摩擦造成損傷，影響傳熱管的 壽命。因此，蒸汽發(fā)牛器制造過程中彎管區(qū)相鄰管子的間隙應(yīng)嚴(yán)格控制，若控制不當(dāng)或其它 原因造成彎管間隙變小，則需要對(duì)實(shí)際彎管間隙進(jìn)行測量，以評(píng)估是否需耍更換傳熱管。但 如何進(jìn)行測量呢？本文將介紹一種新方法。二、渦流測量方法1、渦流測量方法的提出通常借助工具用尺直接測量彎管間隙，但只適川于傳熱管女裝過程中或外圈彎管。如 果位置合適，可以采用光學(xué)測量方法，即在彎管一側(cè)放置一張紙，在彎管另一側(cè)較遠(yuǎn)處發(fā)射 一光束，根據(jù)光束在紙上的投影來計(jì)算彎管間隙。實(shí)際上蒸汽發(fā)生器傳熱

4、管安裝后，大部分 彎管間隙很難測量。筆者根據(jù)多年的渦流檢測工作經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)辟蹊徑地引入了渦流測量方法，取得了令人滿 意的結(jié)果。渦流測量彎管間隙的方法在國內(nèi)外的文獻(xiàn)資料、報(bào)刊雜志上未見記載、報(bào)道，值 得進(jìn)行總結(jié)和交流。2、基本原理渦流檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定差分通道上缺陷信號(hào)應(yīng)先下后上，通常支撐板信號(hào)是先上后下， 外壁導(dǎo)電附著物也是先上后下。如果存在軸向均勻變化的導(dǎo)電附著物，則差分通道無法發(fā)現(xiàn)， 盂要使用低頻絕對(duì)通道。通常將用于評(píng)定外壁均勻減薄的絕對(duì)通道上的噪聲信號(hào)設(shè)置到水平 方向，缺陷信號(hào)向上，支撐板信號(hào)向下。絕對(duì)通道不僅能發(fā)現(xiàn)外壁均勻減薄，也能發(fā)現(xiàn)外儲(chǔ) 軸向均勻變化的導(dǎo)電附著物。根據(jù)渦流檢測的電磁場理論，高

5、頻電磁場集中在一個(gè)小空間內(nèi)，檢測范圍?。坏皖l電 磁場影響范圍大，對(duì)以穿透管壁在管外空間傳播，對(duì)管外一定范田內(nèi)的導(dǎo)電或?qū)Т盼矬w有感 應(yīng)。通常蒸汽發(fā)牛器傳熱管渦流檢測過程中彎管區(qū)只有防震條（avb）信號(hào)，低頻絕對(duì)通道上渦流信號(hào)向下，條紋圖上y分量為負(fù)，見圖1左側(cè)。如果彎管間隙變小，小到低頻通 道能感應(yīng)到相鄰管子存在時(shí)，類似于傳熱管外壁存在導(dǎo)電附著物，低頻絕對(duì)通道上渦流信號(hào) 向下，條紋圖上多出y分量為負(fù)的信號(hào)，見圖1右側(cè)。蒸汽發(fā)牛器傳熱管渦流檢測如圖2 所示，從渦流檢測而言，彎管間隙明顯變小時(shí)渦流檢測能夠發(fā)現(xiàn)，可以定性，若要定量，則 需要進(jìn)行対比試驗(yàn)。多出y分量 為負(fù)的信號(hào)圖1渦流檢測信號(hào)條紋圖3、

6、對(duì)比試驗(yàn)為給出彎管間隙，筆者利用蒸汽發(fā)牛器傳熱管渦流檢測的對(duì)比樣管和一個(gè)無缺陷管段 進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)示意圖見圖3。試驗(yàn)條件如下：zetec公司miz-80id渦流檢測系統(tǒng)；蒸汽發(fā)牛器傳熱筲材料為inconel 690,規(guī)格為 (d19.05xl.09mm；試驗(yàn)管兩段，一段為對(duì)比樣管，一段為無缺陷管；厚度為0.lmm的a4復(fù) 印紙若干;渦流bobbin探頭一個(gè),外徑為15.5mm；試驗(yàn)頻率500khz、240khz、100khz、 50khz,其中100khz用于評(píng)定管子間隙。試驗(yàn)過程屮使用不同數(shù)量的a4復(fù)印紙模擬兩根管子間隙，分別對(duì)間隙為0mm、0.2mm、 0.4mm、0.6mm、0.8

7、mm、1.0mm> 1.2mm、1.4mm> 1.6mm、2.0mm> 2.4mm> 2.8mm、3.2mm 等13種情況進(jìn)行渦流測試，每種情況測試三次。探頭檢測方向4個(gè)直徑1mm通孔 參考樣管 寬20mm,深30%壁厚外環(huán)槽圖3對(duì)比試驗(yàn)示意圖4、試驗(yàn)結(jié)果在100khz的絕對(duì)通道上將對(duì)比樣管上4個(gè)直徑1mm的通孔信號(hào)定義為iv,將本底噪 聲信號(hào)的相位調(diào)至水平，缺陷向上。在每種間隙下測量渦流信號(hào)的垂直分量，取三次測試的 平均值，結(jié)果見表1。管子間隙人于3.2mm時(shí)，渦流信號(hào)幅值接近管子木底噪聲幅值，渦流信號(hào)與探頭擺動(dòng) 信號(hào)無法區(qū)分。l（x）khz能感應(yīng)到的最人距離為3.2

8、mm,即測量管子間隙的有效距離為 3.2mm。根據(jù)表1中數(shù)據(jù)繪制的管子間隙與渦流信號(hào)幅值的關(guān)系曲線見圖4。管子間隙分別為0、0.6、0.8mm. 3.2mm時(shí)的渦流信號(hào)見圖5。試驗(yàn)結(jié)果表明，可以參考圖4屮的曲線評(píng)定相鄰管子的間隙。表1試驗(yàn)結(jié)杲列表序號(hào)間隙(mm )幅值（v）序號(hào)間隙(mm )幅值（v）100.5381.40.2720.20.4791.60.2430.40.45102.00.2240.60.41112.40950.80.37122.80661.00.35133.20.1471.2().31/圖4管子間隙與渦流信號(hào)幅值的關(guān)系曲線a間隙為（）時(shí)的渦流信號(hào)圖b間隙為0.6mm時(shí)的渦流信

9、號(hào)圖c間隙為0.8mm時(shí)的渦流信號(hào)圖d間隙為3.2mm時(shí)的渦流信號(hào)圖圖5不同管子間隙時(shí)的渦流信號(hào)圖三、評(píng)定實(shí)際彎管間隙某熬汽發(fā)生器制造過程屮進(jìn)行渦流檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)兩組，共四根傳熱管在彎管區(qū)存在管子間隙變 小情況。這四根傳熱管編號(hào)為r49c42、r49c43、r53c35、r53c36,在100khz絕對(duì)通道上渦流 信號(hào)的垂直分量依次為o.38v、0.37v. 0.40v、0.37v,渦流信號(hào)見圖6。參照?qǐng)D4中曲線評(píng)定傳 熱管r49c42和r49c43在彎管區(qū)的間隙為0.70.8mm,傳熱管r53c35和r53c36在彎管區(qū)的 間隙為0.60.8mm。上述兩紐傳熱管光學(xué)測量結(jié)果為r49c42和r49

10、c43的間隙是0.9mm,r53c35和r53c36的間隙是0.2mm。由此可見，渦流測量結(jié)果與光學(xué)測量結(jié)果比較接近。在一定偏差范圍內(nèi)，例如 允許偏差0.5mm,渦流測量完全可以代替光學(xué)測量。四、誤差分析根據(jù)圖6中渦流檢測信號(hào)圖可知，傳熱管r49c42和r49c43、傳熱管r53c35和r53c36 間隙變小區(qū)域均不在彎管中部，而是分別偏向熱端和冷端。同一組傳熱管得出的間隙存在差異， 究其原因是渦流探頭通過彎管吋探頭相対于管子軸線的位置不同，對(duì)管外相鄰管子的感應(yīng)也不 同。探頭靠近管壁時(shí)對(duì)相鄰管子的感應(yīng)強(qiáng)，遠(yuǎn)離管子時(shí)對(duì)相鄰管子的感應(yīng)弱。通常探頭經(jīng)過彎管 時(shí)偏向內(nèi)側(cè)，表血上看探頭在外圈傳熱管中得到

11、的間隙應(yīng)小于探頭在內(nèi)圈傳熱管中得到的間隙。探頭的磁場在管外是橢圓形的，探頭在內(nèi)圈時(shí)，管子曲而與磁場形狀相似，綜合感應(yīng)較強(qiáng); 而探頭在外圈時(shí)，管子曲面與磁場形狀相反，綜合感應(yīng)較弱。因此，探頭在內(nèi)圈傳熱管中得到的 間隙人于探頭在外圈傳熱管中得到的間隙。同一組傳熱管的幅值差異分別為o.lv、0.3v,為基準(zhǔn)值的1%和3%,在系統(tǒng)謀差范圍內(nèi)。由表1可知，管子間隙大于1.6mm時(shí)，系統(tǒng)誤建約為0.4mm，管子間隙w 1.6mm時(shí)，系統(tǒng)誤湼= 0.2mmo光學(xué)測量結(jié)果同樣存在誤差，其系統(tǒng)誤差可能超過0.5mm,木文給出的渦流測量方法基木上町以滿足實(shí)際蠱要。如果條件許叭 使川與實(shí)際彎管曲率半徑相同或相近的管

12、段進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，則可捉高渦流測量的準(zhǔn)確度。clearhtoot soc 5d rw&(00 e c58 1w absl g1 c5 vart0比"drot 78» 1u17 1f ddyan«ly<h (cj- 1sm1umnt： tcc-40o.4/tcm 0.0:au3analymv systm tool! l syoirt add dkplaytsg jchcaluown sw2u 4 ,3 y|？b？wu一amty«hsystmlooli l_»yoirtadd displaytvbal： m(yv0.su “ ：0ut。

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