一种热交换器管的导行波检测方法
【专利摘要】一种热交换器管的导行波检测方法，它涉及一种新的无损检测技术。本发明的测量方法：选择与被测管口的口径相匹配的导行波检测装置的探头，对准后插入被测管口；射频信号收发处理器发生和输出导行波扫频信号，经转换器转换后利用所述探头向被测管束内发射导行波信号，同时接收被测管束返回的导行波信号，利用所述转换器将接收的导行波信号传输到信号分析示波器；所述信号分析示波器将反射信号进行频域信号到时域信号的转换，并进行时域分析，用时域反射法显示热交换器的不连续反射和腐蚀减薄的缺陷，显示出谐振频幅响应曲线；它解决了目前世界上普遍采用的涡流检测技术较难对各类管子内壁表面的缺陷进行准确定量和定性。
【专利说明】一种热交换器管的导行波检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热交换器管的导行波检测方法及该方法使用的导行波检测装置。【背景技术】
[0002]在化工电力、兵器石油、航天航空等行业和核电站中有许多热交换器管，到目前为止主要使用涡流检测方法。一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、钛、铝及其合金多用于制造中、低温换热器，如电站的冷凝器管；镍合金则用于高温条件下，如压水堆核电站的蒸汽发生器U形传热管。列管式换热器有卧式和立式之分，形式有直管和U形管之分。而涡流检测方法(ET)只能采用内插法:范围一般覆盖直径Φ 10-37mm,壁厚0.5_6mm,内径9_25mm。材质:不锈钢(非磁性)、钛合金、黄铜及碳合金。对非铁磁体，相对磁导率Mr接近I。缺陷与壁厚变化反映为有效磁导率变化。仪器阻抗平面显示；自动平衡技术；双频或多频；记忆示波器；频率范围lkHz-lMHz。频率计算:影响电桥灵敏度及涡电流在管壁的渗透深度，由公式δ =C ( ω μ σ ) -?可知，当非磁管μm时，若f过高则只能测管子内表面而丢失外壁缺陷信号，若f过低则涡流密度降低，且不同深度的外壁缺陷信号相位不易分离，给判别深度带来困难。一般认为管外壁的涡流密度应为管内壁涡流密度的25%为宜。总之，涡流检测方法(ET)存在如下问题:
一、铁磁性管在役检查比较难:用常规加局部磁饱和不见效。原理上远场可行，但是仪器及操作不够成熟。且无法区分管内外壁缺陷，对支撑板下缺陷不易发现。
[0003]二、U形管弯曲部分检查困难:曲率半径小、阻力大、探头损坏率高。特别是曲率半径最小的两排U形管区涡流信号的分析是一个技术难题。若用柔性探头，也很难保证不损坏。
[0004]三、某些特定部位:支撑板用多频法，但腐蚀、冲刷、磨损等影响而产生变形，造成信号不规则，影响判断。辅以旋转式点探头。管子两端，由于存在管板、堆焊层、胀管区、环焊缝等影响，使末端效应区加长(有时达50mm以上)，焊缝热影响区造成的腐蚀缺陷就很难发现。
[0005]如若将激励源和检测器信号间的相位滞后作为检测量，则壁厚正比于相位滞后，且提离效应很小。由于交变磁通透入到金属中，在垂直于交变磁通的平面上就会感应出涡流。涡流产生次级交变磁场，这个磁场阻碍载流线圈所产生的磁通的变化，因此引起载流线圈输入阻抗的改变。线圈阻抗图表示以R归=(R-RDC) / ω LO为横坐标，以归一化电感(ω L/?L0)为纵坐标。说明线圈阻抗的变化与金属的电阻率、电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、电流频率以及线圈到金属(被测物厚度不同)的距离有关。
[0006]对热交换管包括蒸发器U形管在役检查，使用上述涡流方法或内窥镜和超声检测技术，都必须将探头送达被测部位。没有一种常规检测技术可以不要传送探头抵达被测管的相关部位的。而本发明所用导行波检测技术的传感器则具有不送、不套、不穿、不必达和没有耦合剂的“四不一没有”的特点。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服各类热交换管检测时发送探头的麻烦，克服现有技术中热交换器管的不连续点及腐蚀减薄难以准确定位的缺点。为解决以上技术问题，本发明提供一种热交换器管的导行波检测方法，用于热交换器管不连续点反射以及腐蚀减薄的检测，包括以下测量步骤:
选择与被测管口的口径相匹配的导行波检测装置的探头，对准后插入被测管口 ；
所述探头向被测管束内发射导行波信号，同时接收被测管束返回的导行波信号，利用转换器将接收的导行波信号传输到射频信号收发处理器；
利用所述射频信号收发处理器发生和输出导行波信号，并扫频信号源，利用信号分析示波器将反射信号进行频域信号到时域信号的转换，并进行时域分析；
用时域反射法显示热交换器的不连续反射和腐蚀减薄的缺陷，显示出谐振频幅响应曲
线.将被测管束当作圆柱电磁谐振腔进行热交换器的不连续反射和腐蚀减薄的检测，利用便携式电脑显示器完成时域反射信号的传输通讯和信号的显示。
[0008]优选地，所述探头扫查时不使用耦合剂。
[0009]优选地，所述探头插入被测管口，与被测管内壁接触而不与被测管外壁接触，所述探头与管口的距离尺寸可调节，所述探头可360度旋转，从而确定被发现缺陷在管束截面的具体位置。
[0010]本发明还提供一种热交换器的导行波检测方法所用的导行波检测装置，包括传感器、射频信号收发处理器、信号分析示波器、便携式电脑显示器，所述传感器包括一转换器、一探头和一机械扫查装置，所述探头完成导行波信号的发射和接收，并与被测热交换器管的管口的口径相匹配；所述射频信号收发处理器与所述传感器连接，发生和输出导行波信号；所述信号分析示波器包括一时域反射计，所述信号分析示波器对导行波信号进行采集、转换、存储、处理；所述便携式电脑显示器显示采集的信号，完成热交换器的时域发射信号的传输通讯和缺陷信号的显示。
[0011 ] 优选地，所述机械扫查装置包括一机械手，所述探头安装在所述机械手上，所述探头在机械扫查装置的带动下进行有序的三维运动，使得所述探头准确地插入被测管口。
[0012]优选地，所述时域反射计将被测导行波信号的频域分析转变为时域分析，所述信号分析示波器与所述便携电脑显示器的输入端连接。
[0013]优选地，所述转换器与一信号源连接，同时所述转换器与所述信号分析示波器连接。
[0014]优选地，所述频域反射信号通过时域反射计的快速傅里叶变换变为时域反射信号，所述时域反射计与所属便携电脑显示器的输入端连接，所述便携电脑显示器完成时域反射信号的显示和传输通讯。
[0015]由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点:在热交换器管的检测过程中，不需要将探头发送到被测管的待测部位，只需将探头插入管口，就可以进行热交换器的检测，且能快速的确定热交换器不连续点及缺陷的位置。本发明提供的导行波检测装置没有使用耦合剂，结构简单，操作方便。【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为导行波检测装置的电原理图
图2为导行波检测传感器使用状态图 图3为扫查无缺陷金属管的扫描曲线 图4为扫查金属管环向裂缝宽的扫描曲线 图5为扫查金属管内Φ3πιπι金属异物的扫描曲线 图6为扫查冷凝器管腐蚀结垢的扫描曲线 图7为扫查管内壁多个碰伤鼓包的扫描曲线 图8为扫查管内水滴反射系数幅值的扫描曲线。
【具体实施方式】
[0017]以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0018]如图1和图2所示，本发明的一种热交换器管的导行波检测方法，用于热交换器管不连续点反射以及腐蚀减薄的检测，该导行波检测装置包括传感器1、射频信号收发处理器
2、信号分析不波器3、便携式电脑显不器4,传感器I包括一转换器、一探头和一机械扫查装置，探头与被测热交换器管的管口的口径相匹配；机械扫查装置包括一机械手，探头安装在机械手上，探头在机械扫查装置的带动下进行有序的三维运动，使得探头能够准确地插入被测管口。射频信号收发处理器2与传感器I连接，信号分析示波器3包括时域反射计，信号分析示波器对导行波信号进行采集、转换、存储、处理；便携式电脑显示器4显示采集的信号，完成热交换器的时域发射信号的传输通讯和缺陷信号的显示。在完成热交换器的不连续点及缺陷的测量时，选择与被测管口的口径相匹配的导行波检测装置的探头，对准后插入被测管口 ；探头向被测管束内发射导行波信号，同时接收被测管束返回的导行波信号，探头扫查时不使用耦合剂。在检测的过程中，所述探头插入被测管口，不与被测管的外壁接触。探头插入被测管口，与被测管内壁接触而不与被测管外壁接触，探头与管口的距离尺寸可调节，探头可360度旋转，从而确定被发现缺陷在管束截面的具体方位。转换器与信号源连接，利用转换器将接收的导行波信号传输到射频信号收发处理器；利用射频信号收发处理器发生和输出导行波扫频信号，转换器与信号分析示波器3连接，利用信号分析示波器3中的时域反射计的快速傅里叶变换将反射信号进行频域信号到时域信号的转换，并进行时域分析；用时域反射法显示热交换器的不连续反射和腐蚀减薄的缺陷，显示出反射系数幅值的扫描曲线；将被测管束当做圆柱电磁谐振腔进行热交换器的腐蚀减薄的检测，信号分析示波器3与便携电脑显示器4的输入端连接，利用便携式电脑显示器4完成谐振频幅响应曲线的传输通讯和信号的显示。
[0019]实施例1
使用本发明对一个没有缺陷的金属管进行扫查。首先，选择与被测管的管口口径相匹配的探头，对管口对准插入，做简单处置后，按操作程序，检查役前的管件内壁缺陷。用导行波检测(GT)方法扫查，结果发现对于一支没有缺陷的金属管，在信号分析示波器中显示的扫描曲线是平直的，反映管内壁没有不连续及腐蚀减薄的缺陷存在，该金属管件结构完整性较好。导行波扫查无缺陷金属管的扫描曲线如图3。作为役前检查的背景显示，平直的曲线，存在质量完好性信息。[0020]参见图4，为环向裂缝宽为0.2_的金属管的在役检查的扫描曲线。用导行波检测(GT)方法扫查，其出口端处于开口状态，对于环向裂缝的缺陷比较容易发现。两峰间距就是该环向裂缝离出口端的实际距离。在这里。无论使用电长度，还是皮秒ps、纳秒ns表示，定位都较准确。
[0021]参见图5，为有直径为3_的金属异物的金属管的在役检查的扫描曲线，当用导行波检测(GT)方法扫查，此图中的波峰处于5.4格高度。而该管出口端处于开口状态的显示已移至屏幕外，直径为3mm的金属异物比较容易被发现。在这里无论使用电长度，还是皮秒ps、纳秒ns表示，都可以比较准确定位，以获悉该异物所在管内的具体位置。
[0022]参见图6，为金属管腐蚀结垢的在役检查的扫描曲线，在金属管端口短路时，即该图右端的半个峰所示。在中间较低的波峰表示其内部有腐蚀结垢状况，与图3导行波扫查无缺陷金属管的扫描曲线比较，可见腐蚀现象。
[0023]参见图7，为金属管内壁有多个鼓包反射系数幅值的扫描曲线，该管外壁连续多个碰伤涡流信号(由外向内鼓包，内径减小)显示比对导行波扫查结果发现两种检查方法的结论相当吻合。
[0024]参见图8，为金属管内水滴反射系数的扫描曲线，这是金属管中3个直径为2_水滴和I个直径为5mm水滴，用导行波扫查的结果。此时出端口处于开路状态，在图中右端没有显示出来。但图中水滴大的直径为5_反射系数的幅值明显比较高。本发明的导行波检测方法，可用来发现金属或非金属空管中存在的水或水滴。这是因为水的介电常数接近于81，所以，相对于塑料的介电常数为3-5而言，水更容易被发现。
[0025]实施例2
使用本发明用导行波检测(GT)方法对在役热交换器器管束进行扫查，并与涡流方法进行比较。该管外壁连续多个碰伤涡流信号(由外向内鼓包，内径减小)显示比对导行波扫查结果，管内壁多个鼓包的扫描曲线如图7所示。本图的结论同涡流方法检查的结论相当吻合。该实施检验结果，可以确定缺陷的可检出性和验证缺陷定位的准确性；深入进行验证缺陷检测的定量化及缺陷特征与信号处理，通过样管腐蚀缺陷涡流标定和导行波信号分析对照，完成缺陷检测的定量化及缺陷特征的描述。本发明的原理概述如下:
导行波是一种在传输线内部传输的电磁波，本发明所使用的电磁波在射频范围内。由于电磁场的趋肤效应，从一种介质进入另一种介质的导行电磁波到了射频频段，只能在同轴电缆传输线以及金属管内部传送。当管内存在不连续点时，被传感器接收的电磁波载体的信号送往检波器，在频域范围内通过FFT=fast Fourier transform或傅里叶变换的一种快速算法，能克服时间域与频率域之间相互转换的计算障碍，在本发明的数字信号处理等方面得以应用。即计算离散傅里叶变换的一种快速算法，简称FFT。非周期性连续时间信号x(t)的傅里叶变换可以表示为:
-V ( eo ) =J<m 1.1t⑴式中计算出来的是信号x(t)的连续频谱。但是，在实际的控制系统中能够得到的是连续信号X(t)的离散采样值X (nT)。因此需要利用离散信号X (ηΤ)来计算信号x(t)的频谱。
[0026]有限长离散信号χ(η)，η=0，1，…，N-1的DFT定义为:
【权利要求】
1.一种热交换器管的导行波检测方法，其中，热交换器管不连续点反射以及腐蚀减薄，其特征在于该检测方法包括以下测量步骤: 选择与被测管口的口径相匹配的导行波检测装置的探头，对准后插入被测管口 ； 射频信号收发处理器发生和输出导行波扫频信号，经转换器转换后利用所述探头向被测管束内发射导行波信号，同时接收被测管束返回的导行波信号，利用所述转换器将接收的导行波信号传输到信号分析示波器； 所述信号分析示波器将反射信号进行频域信号到时域信号的转换，并进行时域分析，用时域反射法显示热交换器的不连续反射和腐蚀减薄的缺陷，显示出谐振频幅响应曲线； 将被测管束当作圆柱电磁谐振腔进行热交换器的不连续反射和腐蚀减薄的检测，利用便携式电脑显示器完成时域反射信号的传输通讯和信号的显示。
2.按照权利要求1所述的一种热交换器管的导行波检测方法，其特征在于所述探头可调节插入深度地插入被测管口中，与被测管内壁可360度旋转地接触而不与被测管外壁接触。
3.—种权利要求1所述热交换器的导行波检测方法所用的导行波检测装置，包括传感器、射频信号收发处理器、信号分析示波器、便携式电脑显示器，其特征在于:所述传感器包括一转换器、一探头和一机械扫查装置， 所述探头完成导行波信号的发射和接收，并与被测热交换器管的管口的口径相匹配； 所述射频信号收发处理器与所述传感器连接，发生和输出导行波信号； 所述信号分析示波器包括一时域反射计，所述信号分析示波器对导行波信号进行采集、转换、存储、处理； 所述便携式电脑显示器显示采集的信号，完成热交换器的时域发射信号的传输通讯和缺陷信号的显示。
4.按照权利要求3所述的导行波检测装置，其特征在于，所述转换器与射频信号收发处理器连接，同时与信号分析示波器连接，所述信号分析示波器与所述便携电脑显示器的输入端连接。
5.按照权利要求3所述的导行波检测装置，其特征在于所述机械扫查装置包括一机械手，所述探头安装在所述机械手上，所述探头在机械扫查装置的带动下进行有序的三维运动。
6.按照权利要求3所述的导行波检测装置，其特征在于，所述时域反射计利用快速傅里叶变换将频域反射信号转变为时域反射信号，并进行时域分析，用时域反射法显示热交换器的不连续反射和腐蚀减薄的缺陷，显示出谐振频幅响应曲线。
7.按照权利要求3所述的导行波检测装置，其特征在于，所述便携电脑显示器完成谐振频幅响应曲线的显示和传输通讯。
【文档编号】G01N22/02GK103499591SQ201310356103
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】刘金宏, 周在杞, 贝雅耀, 林忠元, 陈予苏, 宋涛 申请人:中广核检测技术有限公司, 苏州热工研究院有限公司, 中国广核集团有限公司