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摘要：电站锅炉是社会现代化发展供电所需要的设备，电站锅炉运行状态直接决定了社会用电情况。随着科学技术的不断进步，很多检测技术广泛运用于电站锅炉安全运行保障中。无损检测技术则是较为广泛的技术，加上诸多新兴无损检测技术和仪器的普及更促进了该技术的运用。针对这一点，本文重点分析了电站锅炉无损检测的新技术。
关键词：电站锅炉 无损检测 新技术
从内部结构上看，电站锅炉机组系统属于复杂性的构成图，该系统本质上是一个综合性的承压设备。但系统正常运行时会受到多个方面的限制，如：高温、高压、腐蚀等等，使得设备存在泄露和爆炸等不稳定因素。考虑到维持设备正常的运行状态，国外许多电站开始对设备的设计、制造、施工、安装、检查等工作进行调整，从而营造安全稳定的运行环境。在这些处理阶段，无损检测技术得到了充分的运用。
一、超声相控阵检测技术
最近几年，我国的超声波检测技术形式更为多样，相控阵检测技术便是其中的形式之一。该技术运用的探头由一组晶片组成，运行时可对每一个晶片的激发时间控制调整，主要调整参数为声束轴线、焦点等。相控阵检测能让超声波束在某一位置检测到不同的几何形状， 也能用其它的相控阵探头取代不同角度的普通探头。早期因相控阵系统结构形式复杂且使用的成本消耗多，这些限制了无损检测技术运用于工业生产。在科学技术的推动下，超声相控阵检测技术日趋成熟且广泛运用于工业无损检测领域，例：汽轮机叶片根部、涡轮圆盘的检测、火车轮轴检测等等。而相控阵运用于锅炉检测较为少见，但对于主要的结构装置有着关键的检测效果。锅炉检测标准中提出，过热器、再热器出口集箱引入管孔桥部位宜实施超声波探伤检查，这样可以明确判断是否出现内部裂纹。而集箱引入管孔桥部位过热器管、再热器管相对集中，采用常规的超声波检测难以实现锯齿状移动，这对于检测技术的控制运用发挥不了效果，阻碍了普通超声波检测的操作。运用相控阵技术能结合软件对换能器阵列形成的波束角度和焦距等参数不断调整，以此满足不移动探头对焊缝的扫查需要。或者对于电站锅炉集箱孔桥部位检测而言可提高数据的准确性，保证现场检测工作顺利进行。另外，相控阵技术在电站锅炉厚壁焊缝检测中运用逐渐普及。若选择相控阵仪器及探头则成本投入较多，若对电站锅炉检验时用相控阵设备彻底代替普通数字式超声仪还需要一段时间。
二、低频电磁检测技术
该检测技术主要是对仪器激发探头进行调整，一般是对需要检测管壁上输入一个低频率电磁信号。如果锅炉设备在运行中出现意外情况时，探头在接收到信号后则能及时完成定量操作。国外发达企业选择低频电磁探伤仪进行锅炉检测已经变得十分普遍，全球范围内出现了超过170台电站锅炉采用低频电磁技术。低频电磁技术可以根据锅炉“四管”的外表面对管子的内表面、外表面、管子等存在的问题探测，及时发现设备的异常问题以提醒人员处理。图1为低频电磁技术检测出的锅炉管内表面腐蚀及低频电磁检测3D成像图。
将低频电磁检测技术选择干式非接触方法加以检测，管子表面产生的烟垢和油漆层对检测效果无影响。低频电磁技术在孔状缺陷的检测上也能起到很好的作用，如：检测出直径6 mm，深度占壁厚30%的圆形孔，对深度测量的误差可控制在5%。低频电磁检测技术对比早期的超声波测厚，不仅测量精度更好且能有效处理测量时发现的问题。因低频电磁检测技术的检测速度很快，将其运用于锅炉管中能取得100%的检测效率。从这些情况看，当结束了检测操作之后根据超声测厚等手段对缺陷完成定量复查，等锅炉管的检测效率提升是有帮助的。
三、超声导波检测技术
受到管道长度过长这一因素的影响，对电站锅炉实施的定期检验难以达到100%的检验，特别是四大管道等母材的检验效率相对较低。此外，由于电站锅炉管道、管子等组组合形式复杂，很多位置都是管子使用常规检测仪器难以接触到的。当前，超声导波技术的运用能摆脱传统检测存在的不足，导波属于一种超声波形式，当导波在板状介质里的传播在，其声场会分布到各个厚度中，在检测时可以省略扫描板状介质环节。资料显示，超声导波一次完成的检测距离能沿波束传播方向达到1 m，最终获得的缺陷与装置实际情况一致。超声导波扫描产生的C扫描图像见图1，纵坐标是沿探头方向波束扫描长度，横坐标是探头移动距离，根据图形上的指示能够让探头做线性运动，同时对相应的运动状态扫描处理，对于一些缺陷位置也能在图形上反映出来。根据这些可判断，超声导波技术运用于电站锅炉四大管道等重要管道的检测率达100%。需要注意的时，因超声导波运用的超声波频率低于普通超声波探伤频率，采取该技术检测的灵敏度相对低些。一般的检测工作只要结合超声导波则能发现问题，检测到缺陷后运用其它方式处理即可。
四、内置旋转式超声波定量检测技术(IRIS)
内置旋转式超声波定量检测技术选择了内置式水浸超声脉冲回波检测技术，主要运行原理见图2。先是将水填充在管子的内部，再把探头分布在管子里，从探头激发的超声波脉冲由水传输到45°声反射镜，在反射镜表面出现反射之后进入管子的内壁，该阶段的管子内部会出现超声波的反射，回波沿原传播路线返回且被晶片接收。此外，还有部分超声波传输到管壁中，且于管外壁出现反射，回波沿原传播路线返回被晶片接收，经过这样的处理流程获得了内外壁两个反射信号。涡轮每旋转一周则进行1次采集，同时构建出被检管子截面的B扫描图像，成像过程能将内外管壁的具体状况显现处理。探头达到管内之后，持续的图像会构建出管壁的彩色C扫描成像，将相关的数据信息记录后完成操作。内置旋转式超声波定量检测技术的运用对超声波检测遇到的障碍可以及时处理，不仅绕开了超声波检测盲区，也处理了耦合阻碍。
早期传统的电站锅炉检验方案里，通常采用的是对水冷壁和过热器管进行定点测厚，以此对管子的状态实施检测，如：腐蚀、磨损等。内置旋转式超声波定量检测技术运用于整根管子的检测率达100%，在精度、超声波测厚等方面的作用也十分显著。检测阶段需利用集箱将探头布置在管子内，然后多方面的扫描处理。另外，IRIS技术在运用是要注意其自身的缺点，应保证探头放入管子内部后进行检测，同时管子内应利用足够的水当成耦合剂。被检测管子出现超过90°的转弯时，探头的操作难度很大。
五、超声衍射时差法(TOFD)
随着科学技术的改革进步，TOFD检测技术的运用更加普遍，这种新技术的检测原理如图3。此项技术的最大优势在于能满足厚壁焊缝检测的需要，检测缺陷的效率较高，同时能对获得的数据及时记录。国外发达国家对TOFD检测的研究更加深入，经过多方检测确定该技术的使用效果较好。我国对于该项技术的研究相对较晚， TOFD检测手段运用于电站锅炉的案例也少，但在四大管道和锅筒等厚壁中的运用效果理想。从整个行业技术发展趋势看， TOFD技术运用于电站锅炉厚壁部件是必然选择。
六、结语
总之，在科学技术的推动下，先进的无损检测技术运用范围更加广泛，这对于电站锅炉的正常运行起到了很好的保护作用。未来电站运行技术的发展也将与无损检测技术紧密相连。
参考文献:
[1]质技监局锅发(1999)202号,锅炉定期检验规则[S].
[2]李衍.大厚度容器接管焊接接头的相控阵检测[J].无损检测,2008,30(12):946-949.
[3]李衍.钢焊缝相控阵超声波探伤新技术[J].无损探伤,2002,26(3):1-5.
[4]黄磊,李云龙.管道环焊缝相控阵自动超声波检测技术[J].焊管,2006,29(4):40-43.
注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
关键词：电站锅炉 无损检测 新技术
从内部结构上看，电站锅炉机组系统属于复杂性的构成图，该系统本质上是一个综合性的承压设备。但系统正常运行时会受到多个方面的限制，如：高温、高压、腐蚀等等，使得设备存在泄露和爆炸等不稳定因素。考虑到维持设备正常的运行状态，国外许多电站开始对设备的设计、制造、施工、安装、检查等工作进行调整，从而营造安全稳定的运行环境。在这些处理阶段，无损检测技术得到了充分的运用。
一、超声相控阵检测技术
最近几年，我国的超声波检测技术形式更为多样，相控阵检测技术便是其中的形式之一。该技术运用的探头由一组晶片组成，运行时可对每一个晶片的激发时间控制调整，主要调整参数为声束轴线、焦点等。相控阵检测能让超声波束在某一位置检测到不同的几何形状， 也能用其它的相控阵探头取代不同角度的普通探头。早期因相控阵系统结构形式复杂且使用的成本消耗多，这些限制了无损检测技术运用于工业生产。在科学技术的推动下，超声相控阵检测技术日趋成熟且广泛运用于工业无损检测领域，例：汽轮机叶片根部、涡轮圆盘的检测、火车轮轴检测等等。而相控阵运用于锅炉检测较为少见，但对于主要的结构装置有着关键的检测效果。锅炉检测标准中提出，过热器、再热器出口集箱引入管孔桥部位宜实施超声波探伤检查，这样可以明确判断是否出现内部裂纹。而集箱引入管孔桥部位过热器管、再热器管相对集中，采用常规的超声波检测难以实现锯齿状移动，这对于检测技术的控制运用发挥不了效果，阻碍了普通超声波检测的操作。运用相控阵技术能结合软件对换能器阵列形成的波束角度和焦距等参数不断调整，以此满足不移动探头对焊缝的扫查需要。或者对于电站锅炉集箱孔桥部位检测而言可提高数据的准确性，保证现场检测工作顺利进行。另外，相控阵技术在电站锅炉厚壁焊缝检测中运用逐渐普及。若选择相控阵仪器及探头则成本投入较多，若对电站锅炉检验时用相控阵设备彻底代替普通数字式超声仪还需要一段时间。
二、低频电磁检测技术
该检测技术主要是对仪器激发探头进行调整，一般是对需要检测管壁上输入一个低频率电磁信号。如果锅炉设备在运行中出现意外情况时，探头在接收到信号后则能及时完成定量操作。国外发达企业选择低频电磁探伤仪进行锅炉检测已经变得十分普遍，全球范围内出现了超过170台电站锅炉采用低频电磁技术。低频电磁技术可以根据锅炉“四管”的外表面对管子的内表面、外表面、管子等存在的问题探测，及时发现设备的异常问题以提醒人员处理。图1为低频电磁技术检测出的锅炉管内表面腐蚀及低频电磁检测3D成像图。
将低频电磁检测技术选择干式非接触方法加以检测，管子表面产生的烟垢和油漆层对检测效果无影响。低频电磁技术在孔状缺陷的检测上也能起到很好的作用，如：检测出直径6 mm，深度占壁厚30%的圆形孔，对深度测量的误差可控制在5%。低频电磁检测技术对比早期的超声波测厚，不仅测量精度更好且能有效处理测量时发现的问题。因低频电磁检测技术的检测速度很快，将其运用于锅炉管中能取得100%的检测效率。从这些情况看，当结束了检测操作之后根据超声测厚等手段对缺陷完成定量复查，等锅炉管的检测效率提升是有帮助的。
三、超声导波检测技术
受到管道长度过长这一因素的影响，对电站锅炉实施的定期检验难以达到100%的检验，特别是四大管道等母材的检验效率相对较低。此外，由于电站锅炉管道、管子等组组合形式复杂，很多位置都是管子使用常规检测仪器难以接触到的。当前，超声导波技术的运用能摆脱传统检测存在的不足，导波属于一种超声波形式，当导波在板状介质里的传播在，其声场会分布到各个厚度中，在检测时可以省略扫描板状介质环节。资料显示，超声导波一次完成的检测距离能沿波束传播方向达到1 m，最终获得的缺陷与装置实际情况一致。超声导波扫描产生的C扫描图像见图1，纵坐标是沿探头方向波束扫描长度，横坐标是探头移动距离，根据图形上的指示能够让探头做线性运动，同时对相应的运动状态扫描处理，对于一些缺陷位置也能在图形上反映出来。根据这些可判断，超声导波技术运用于电站锅炉四大管道等重要管道的检测率达100%。需要注意的时，因超声导波运用的超声波频率低于普通超声波探伤频率，采取该技术检测的灵敏度相对低些。一般的检测工作只要结合超声导波则能发现问题，检测到缺陷后运用其它方式处理即可。
四、内置旋转式超声波定量检测技术(IRIS)
内置旋转式超声波定量检测技术选择了内置式水浸超声脉冲回波检测技术，主要运行原理见图2。先是将水填充在管子的内部，再把探头分布在管子里，从探头激发的超声波脉冲由水传输到45°声反射镜，在反射镜表面出现反射之后进入管子的内壁，该阶段的管子内部会出现超声波的反射，回波沿原传播路线返回且被晶片接收。此外，还有部分超声波传输到管壁中，且于管外壁出现反射，回波沿原传播路线返回被晶片接收，经过这样的处理流程获得了内外壁两个反射信号。涡轮每旋转一周则进行1次采集，同时构建出被检管子截面的B扫描图像，成像过程能将内外管壁的具体状况显现处理。探头达到管内之后，持续的图像会构建出管壁的彩色C扫描成像，将相关的数据信息记录后完成操作。内置旋转式超声波定量检测技术的运用对超声波检测遇到的障碍可以及时处理，不仅绕开了超声波检测盲区，也处理了耦合阻碍。
早期传统的电站锅炉检验方案里，通常采用的是对水冷壁和过热器管进行定点测厚，以此对管子的状态实施检测，如：腐蚀、磨损等。内置旋转式超声波定量检测技术运用于整根管子的检测率达100%，在精度、超声波测厚等方面的作用也十分显著。检测阶段需利用集箱将探头布置在管子内，然后多方面的扫描处理。另外，IRIS技术在运用是要注意其自身的缺点，应保证探头放入管子内部后进行检测，同时管子内应利用足够的水当成耦合剂。被检测管子出现超过90°的转弯时，探头的操作难度很大。
五、超声衍射时差法(TOFD)
随着科学技术的改革进步，TOFD检测技术的运用更加普遍，这种新技术的检测原理如图3。此项技术的最大优势在于能满足厚壁焊缝检测的需要，检测缺陷的效率较高，同时能对获得的数据及时记录。国外发达国家对TOFD检测的研究更加深入，经过多方检测确定该技术的使用效果较好。我国对于该项技术的研究相对较晚， TOFD检测手段运用于电站锅炉的案例也少，但在四大管道和锅筒等厚壁中的运用效果理想。从整个行业技术发展趋势看， TOFD技术运用于电站锅炉厚壁部件是必然选择。
六、结语
总之，在科学技术的推动下，先进的无损检测技术运用范围更加广泛，这对于电站锅炉的正常运行起到了很好的保护作用。未来电站运行技术的发展也将与无损检测技术紧密相连。
参考文献:
[1]质技监局锅发(1999)202号,锅炉定期检验规则[S].
[2]李衍.大厚度容器接管焊接接头的相控阵检测[J].无损检测,2008,30(12):946-949.
[3]李衍.钢焊缝相控阵超声波探伤新技术[J].无损探伤,2002,26(3):1-5.
[4]黄磊,李云龙.管道环焊缝相控阵自动超声波检测技术[J].焊管,2006,29(4):40-43.
注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”