高温蒸汽弯管的在役涡流检测技术

　　某石油化学有限公司乙醇生产装置中的高温蒸汽管线弯管处发生泄露,该管线的工作压力为4·07~4·3 MPa,操作温度为320~335℃,停车一天将造成很大损失。应用涡流法可快速、准确地对其进行检测,找出缺陷,及时采取措施,快速投入生产,最大限度地减少经济损失。

　　1　涡流场分布及阻抗分析

　　裂纹深度对阻抗的影响,如图1所示。在裂纹处涡流幅值和相位信号均发生突变,随裂纹深度增加,线圈阻抗的幅值分量非线性变化,而相位分量近似线性变化,因此应选用线圈阻抗的相位分量作为描述裂纹深度的特征伤变量。这样就避免了以非线性幅值信号为损伤信号的复杂标定曲线,在工程上具有应用价值。

　　基于电磁检测技术,提出以涡流传感器信号的阻抗分量作为反映缺陷的损伤信号,其主要原因在于相位分量对缺陷近似呈线性规律变化。结果表明,将阻抗分量作为反映缺陷的损伤信号是可行的。

　　2　温度对涡流检测信号的影响分析

　　涡流检测的基本原理是当载有交变电流的激励线圈靠近导电试件时,试件中便感生出涡流。涡流的大小、相位及流动形式由试件电磁特性及几何尺

　　寸所决定,涡流的反作用使测量线圈的阻抗发生变化,测出这个变化就可检测试件的性能变化或缺陷的状态[1]。因此,环境温度对涡流检测信号的影响主要是通过传感器和试件进行的。由涡流传感器结构可知,激励线圈提供了激励磁场,线圈中电流的大小决定了磁场的强弱;试件自身的电磁学性能及几何特征又决定了涡流的大小和相位;它们之间存在着激励磁场与试件涡流之间的关系及涡流大小与测量线圈信号之间的关系。由环境温度对涡流信号的影响及温度对激励线圈的影响,确定对涡流检测信号的影响。实验装置如图2所示。

　　涡流传感器激励线圈温度发生变化必然导致线圈电阻的变化,同时,由于线圈温度变化会引起热胀冷缩,从而导致电感发生变化。因此,温度的变化将会引起线圈阻抗变化,即由于温度的影响改变了激励线圈电流,使激励磁场发生了变化,由此影响涡流检测信号。测量信号随温度变化而变化见图3。结果表明,温度对涡流检测信号的影响,就传感

　　器而言,影响最大的是激励线圈,而且线圈温度与信号之间存在着线性规律。据此,可对环境温度的影响采取相应的抑制措施.

　　3　抑制环境温度的措施

　　可采用冷却传感器的办法抑制环境温度。但此办法仅仅是保证了涡流检测的可行性。实际上,传感器冷却到可以工作的程度后,传感器的环境温度仍在一个范围内变化,此时的温度变化仍将对检测结果带来影响,和其它情况下温度对检测信号的影响一样,需要进一步抑制。温度对信号的影响主要通过传感器进行,可以采取交、直流电桥的方法对温度的影响加以抑制。可将两个结构相同的传感器构成一个交流电桥的两臂,其中一个用来检测试件信号,处于测量环境中,另一个无试件。与此同时,在两传感器上分别固定相同的热敏电阻和加热元件,热敏电阻构成直流电桥的两臂。当两测量线圈温度相同且均无试件时,交流电桥输出为零,由于温度相同两热敏电阻阻值相等,直流电桥的输出亦为零。如果其中某一线圈温度变化(假设温度升高),直流电桥必然破坏了原来的平衡,产生一个非零输出,该值经过放大后通过一个晶体管开关接通另一线圈上的加热元件,使后者温度升高直至两测量线圈温度相等,直流电桥输出重新恢复到零。此时交流电桥开始测试,其测量信号中便消除了温度变化的影响,从而达到抑制温度影响的目的。