核电站管道超声导波检测能力研究

贺志清　沈璐

摘? 要：核电站管道具有管道位置复杂、运行周期长以及易出现管道腐蚀减薄现象等特点，而管道腐蚀减薄是威胁安全的重要因素。常規无损检测方法检查管道，逐点扫查式的工作过程导致效率低下，且对于一些高空或者贯穿件等人力不可达管道无法进行有效的检测。该文选用超声导波技术，在试块中加工人工缺陷进行导波检测能力实验;对同规格现场高空管道进行检测，并对现场复杂情况进行总结;选取内部腐蚀严重管段进行导波检测及数据分析。

关键词：超声导波? 腐蚀减薄? 检测

中图分类号：TM62 ? ?文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（c）-0034-03

Abstract： 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 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 conduct 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; Corrosion thinning; Detection

核电站管道贯穿全厂，具有管道位置复杂、运行周期长以后较易出现管道腐蚀减薄的现象等特点，而管道腐蚀是威胁安全的重要因素，可发生在管道内、外壁，造成管壁缺损。应用常规无损检测方法（超声检测、射线检测、表面检测等）检查管道，尽管有着众多的优势，如国技术成熟，只需对人员稍加培训，就可以利用现有的专门设备进行检测，但常规无损检测方法存在一个明显的不足：逐点扫查式的工作过程导致工作量巨大，效率低下，且对于一些高空或者贯穿件等人力不可达管道无法进行有效的检测，因此需引入一种更为有效的检测方法。

近年来发展出一种能够进行快速、长距离、大范围、相对低成本的无损检测方法，即超声导波（Ultrasonic Guided Wave）技术。在固体中传播的超声导波，由于本身的特性，沿传播路径衰减很小，可以克服逐点扫描法及人力不可达管道检查的不足;并且超声波可以在充液、带涂层的管道中传播，使得检测工业管道的效率大大增加。

笔者通过对电站现场勘查，选取合适的导波检测组件，在指定试块中加工人工缺陷，选取内部腐蚀结焦管道进行试验，对现场运行管道进行检测等，总结导波对电站管道的检测能力以及局限性。

1? 检测背景

电站管道贯穿全厂，随着运行时间的增加，很多管道具有腐蚀减薄的风险。及时地对这些管道进行监测对于保障电站安全运行有着非常重要的作用。但部分人力不可达的贯穿件及高危高空管道由于其相对特殊的位置长期得不到监测，从而增加了电站的运行风险。某电站一规格为4英寸管道需对其进行检测，管段位于高空，且处于高空中的管段长度较长。

2? 方法选择

通过勘查现场，介于管道大部处于高空，且内部存在介质水的流动状态，综合考虑决定采用MsS超声导波扭力波模式对其进行检测。

为了在管道中产生扭力波，使用一个铁钴合金磁性条带，将铁磁性条带用环氧树脂胶粘在管道圆周上约5～20min。将MsS线圈放置在铁磁性条带上。当有交流电通过MsS线圈时，在Wiedemann效应（一种典型的磁致伸缩效应）的作用下，铁磁性条带中交流磁场就会产生剪切粒子位移。铁磁性条带中的剪切粒子位移通过粘合剂的粘贴层机械地耦合到管道中，然后以T扭力波形式沿着管道的长度传播。通过相反（逆向）的过程，可以完成T扭力波信号的检测（见图1）。为了达到不同的检测效果，检测频率是选择：32kHz、64kHz和128kHz。

3? 试件管道及状况

3.1 试件样式

图2所示的管道是一根φ3inch×1m+大小头+φ4inch×12m管道，在管道上又制作了6个人工缺陷分别对于1%、2%、3%、4%、5%、9%的截面损失率，距大小头1.5m、3m、7m、9m、11m。在4inch管道靠近大小头0.8m左右位置布置MsS探头。缺陷位置见表1，距离与切槽当量百分比见图3。

3.2 试件数据采集

通过导波检测仪采集软件采集信号并保存，通过一些参考信号计算导波的速率和衰减，校准信号幅度，设置阀值。通过标记出来得出如图4所示。

3.3 实验小结

（1）证明了MsS超声导波系统对缺陷检测的灵敏度极高，能检测出截面损失率≥3%的缺陷。

（2）系统的轴向位置精度可达±20mm。

4? 选取一段内部腐蚀结焦严重管道进行采集分析

4.1 试件样式

图5为选取的一段内部腐蚀结焦严重的管道，选取合适位置布置铁钴合金带进行数据采集。

4.2 数据采集

通过导波检测仪采集软件采集信号并保存，数据显示导波无法正常传播，信号衰减严重，如图6所示。对该管道采用超声脉冲法单直探头测厚（探头选用GE公司生产的K5K直探头），发现单晶直探头衰减严重，无明显波形显示，如图7所示。双晶探头直读式测厚仪单点读数较为稳定且无数值特别小的数据，但各个测点间部分数据值存在较大差异。

4.3 实验小结

对于个别的内壁结焦严重的管道，导波衰减严重。结合其他方法综合判断，可以作为评判管道内部情况的一种参考手段。

5? 运行在用管道检测情况

5.1 检测管道

图7为现场运行在用管道，大部管段位于高空，选取地面合适位置布置铁钴合金带进行数据采集（采集正方向为近墙体贯穿件，负方向为房间内高空管段）。

5.2 数据采集

通过导波检测仪采集软件采集信号并保存，探头正方向侧为穿墙管道，负方向侧为房间内管道。正方向墙体内部管道部分被水泥紧密贴合，导波无法完全传播，墙后无信号;负方向房间内部管道信号良好，支撑对于导波信号有一定衰减效果，导波可传至第三弯头焊缝处（传播距离约为20m，之后信号燥声增大，无法分析），未发现明显管道截面损失情况，如图8所示。对导波可达部位进行超声脉冲法单直探头测厚法和双晶探头直读式测厚仪测厚法进行检查，直探头波形明显（见图9），直读式设备显示未发现异常减薄。

5.3 实验小结

（1）导波单次检测范围大，对于长输管线、较高、风险较大或人力较难触及的管道优势明显，可以完整地进行自动化数据收集，数据能被完全记录且较为可靠。

（2）检测范围容易受管道支撑或者墙体影响。

（3）对于管径为4英寸的管道，导波传播过程中遇到弯头，能传播至第3个弯头。

6? 结语

通过此次试验，表明MsS超声导波检测方法能达到较高的灵敏度，但对于太小的缺陷还是存在检测盲区;检测的轴向位置误差也在可接受范围内;管道外来物（支撑件、水泥等）及管段形状改变都会对导波传播存在一定影响;通过自动化数据收集，数据能被完全记录;结合其他无损检测方法，可以对管道进行较为有效的检查。后续还可进行更加深入的实验。

（1）参照GB/T 28074-2012，制作3%、6%、9%截面损失率的横向环槽，用于对检测设备进行灵敏度和各种功能的测试。

（2）制作多规格的管道试样进行导波实验，在试样中同时应该加入前期未考虑到的现场管道支撑件、焊接件、现场变径管、不同类型的人工缺陷（平底孔、通孔、与管道轴向成一定角度的切槽等），用于研究对于道组件的超声信号特征以及不同形式缺陷的信号特征和导波聚焦性能。也可对各规格管道距端部固定位置制作9%截面损失率的横向环型切槽，用于制作DAC曲线及檢测中缺陷当量评定的研究。

参考文献

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[2] GBT 28704-2012，无损检测，磁致伸缩超声导波检测方法[S].

[3] GBT 31211-2014，无损检测，超声导波检测，总则[S].

[4] 李宏雷，刘增华，李文春.基于磁致伸缩技术的超声导波波速及最大检测长度[J].无损检测，2010（9）：700-703.

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