在電(diàn)力和石化工业中大量采用(yòng)热交换器作為(wèi)介质传递能(néng)量，其内部由大量管束构成，由于長(cháng)期处在腐蚀介质和交变应力作用(yòng)下，经常产生腐蚀和磨蚀，因此对内部换热管的定期检验是保证设备**运行的重要措施。
通常换热管从材质上可(kě)分(fēn)為(wèi)两大类，一类是非铁磁性材料，如奥氏體(tǐ)不锈钢、铝合金、钛合金和铜合金等，常规涡流检测技术以其检测速度快、灵敏度高、缺陷信号分(fēn)析方法成熟，已广泛应用(yòng)于火電(diàn)、石化等部门的非铁磁性金属管道的缺陷检测。然而在電(diàn)力石化行业上大量使用(yòng)另一类碳素钢和低合金钢等铁磁性材料的换热管，其特点是金属的磁导率μr>>1,用(yòng)常规涡流检测方法存在很(hěn)强的集肤效应，如以下公式确定导體(tǐ)中涡流的标准渗透深度δ：
δ=5.033×(ƒμrσ)-1/2
式中 ƒ --- 检测频率
μr --- 材料相对磁导率
σ --- 材料電(diàn)导率
对于非铁磁性材料，μr=1，对于强铁磁性材料，μr=100～1000，按公式计算可(kě)知，强铁磁性材料的涡流渗透深度只有(yǒu)非铁磁性材料的1/10～1/30，涡流由管内壁穿透到管外壁就非常困难，如检测频率為(wèi)10kHz时，钢铁中涡流的标准渗透深度δ=0.051mm，如果用(yòng)内插式探头测壁厚為(wèi)2mm钢管，涡流幅值由内表面的100%渗透到外表面只剩下：
Jx=2/Jx=o=J2/J0=e-2/δ=9.3×10-18
如此低的数值普通的涡流探伤仪无法测出，也就是说，常规涡流方法无法检查钢管外壁缺陷。
另一方面，管径尺寸的微小(xiǎo)变化，管材成分(fēn)的不均匀及运行一段间之后管壁表面生锈（铁磁性Fe3O4）都会引起電(diàn)磁噪声。这些因素是造成检测信噪比降低的主要原因。
在无外磁场作用(yòng)时，铁磁性物(wù)质中各个磁畴的自发磁化强度矢量的取向是不同的，但是对外效果互相抵消，因而整个物(wù)體(tǐ)对外不显磁性。在外加磁场不足时，铁磁性物(wù)质中部分(fēn)磁畴的磁矩转向外磁场，它是变化的，涡流检查时将产生磁噪声。所以常规涡流检测技术无法满足铁磁性换热管探伤要求。
在现有(yǒu)换热管的定期检查方法大都是将热交换器芯抽出清洗后，采用(yòng)人工肉眼观察，主观评价来取弃，然而这种方法*多(duō)只能(néng)看到管束的外层分(fēn)布管的状况，对内部管束情况一无所知，而且肉眼评价存在很(hěn)大的随意性。进一步的方法是采用(yòng)内窥镜检查方法，但这是一种非常慢且麻烦的方法，并只能(néng)观察到内壁腐蚀情况，不能(néng)适应大量管束的检查。所以在電(diàn)力石化行业長(cháng)期存在在役铁磁性材料换热管检测难题。
本文(wén)介绍的遠(yuǎn)场涡流技术(Remote field eddycurrenttechnique)是基于遠(yuǎn)场涡流效应的一种管道检测新(xīn)技术，它除了具有(yǒu)一般常规涡流的优点外，对铁磁性管道无需采用(yòng)磁饱和等辅助方法，即可(kě)直接用(yòng)内插式探头来检测管壁上的裂纹、腐蚀凹坑、磨蚀减薄等缺损，被认為(wèi)是一种*有(yǒu)发展前景的管道检测技术。
1.遠(yuǎn)场涡流效应与机理(lǐ)
遠(yuǎn)场涡流技术是基于一种特殊物(wù)理(lǐ)现象----遠(yuǎn)场涡流效应的管道检测技术。原始的遠(yuǎn)场涡流检测探头示于图1，它由两个同轴螺管線(xiàn)圈----激励和检测線(xiàn)圈组成，激励線(xiàn)圈通以低频交流電(diàn)，检测線(xiàn)圈必须置于遠(yuǎn)离激励線(xiàn)圈2～3倍管内径处的“遠(yuǎn)场區(qū)”。图2所示為(wèi)检测線(xiàn)圈中感应電(diàn)势值以及该電(diàn)势与激励電(diàn)流之间的相位差随两線(xiàn)圈之间距离Ded（以管内径Di的倍数表示）变化关系曲線(xiàn)称信号-距离特性。特性可(kě)定性分(fēn)為(wèi)以下三个區(qū)域。
（1）当Ded<1.8Di區(qū)域，感应電(diàn)势是随距离增大而剧减，相位变化不大，这是因為(wèi)检测線(xiàn)圈与激励線(xiàn)圈直接耦合剧减所致，符合一般的涡流检测理(lǐ)论，称近场區(qū)或直接耦合區(qū)。
（2）当Ded增大到(2～3)Di以遠(yuǎn)，幅值与相位均以较小(xiǎo)速率下降，且管内外相同，其相位滞后大致正比于穿过的管壁厚，可(kě)以近似用(yòng)一维集肤效应相位公式计算：
θ=2δ√πƒμσ
式中 θ---感应電(diàn)势的相位滞后
δ---管壁厚
ƒ ---激励频率
μ---管壁材料的磁导率
σ---管壁材料的電(diàn)导率
这个區(qū)域称遠(yuǎn)场區(qū)，对这个區(qū)域的规律，传统的涡流概念已无法解释，出现于遠(yuǎn)场區(qū)的特殊现象，称之為(wèi)遠(yuǎn)场涡流效应。
（3）近场与遠(yuǎn)场之间的區(qū)域称為(wèi)过渡區(qū)，在过渡區(qū)感应電(diàn)势下降速率减小(xiǎo)，有(yǒu)时甚至出现微弱增加现象，同时相位差发生急剧变化。
有(yǒu)名美國(guó)研究學(xué)者SchmidtTR在1984年指出，遠(yuǎn)场涡流现象取决于管中发生的两个主要效应，一是沿管子内部对激励線(xiàn)圈直接耦合磁通的屏蔽效应；二是存在能(néng)量两次穿过管壁的非直接耦合路径。它源于激励線(xiàn)圈附近區(qū)域管壁中感应周向涡流，周向涡流迅速扩散到管外壁，同时幅值衰减、相位滞后，到达管外壁的電(diàn)磁场又(yòu)向管外扩散，管外场强的衰减较管内直接耦合區(qū)衰减速度慢得多(duō)，因此管外场又(yòu)在管外壁感应产生涡流，穿过管壁向管内扩散，并再次产生幅值衰减与相位滞后，这也就是遠(yuǎn)场區(qū)检测線(xiàn)圈所接到的信号。
这个遠(yuǎn)场涡流效应很(hěn)快為(wèi)迅速发展起来的场有(yǒu)限元数值仿真计算所证明。
2.遠(yuǎn)场涡流检测技术的特点
常规涡流是采用(yòng)靠近管壁的線(xiàn)圈以直接磁耦合的形式来拾取涡流场变化信号，而遠(yuǎn)场涡流以测量穿过管壁后在管外沿管轴传播一段距离再返回到管内的磁场，检测線(xiàn)圈必须处在距激励線(xiàn)圈2～3倍管径以遠(yuǎn)的遠(yuǎn)场區(qū)，因此，检测線(xiàn)圈所能(néng)接到遠(yuǎn)场信号十分(fēn)微弱，通常為(wèi)微伏数量级，同时也参杂了许多(duō)外界杂散電(diàn)磁场干扰，其数量级也能(néng)比遠(yuǎn)场信号大几百倍，这给信号处理(lǐ)及仪器制作带来困难。
由于遠(yuǎn)场涡流机理(lǐ)不同，对内外管壁缺损有(yǒu)相同的检测灵敏度，对填充系数要求低，对探头在管内行走产生的偏心影响很(hěn)小(xiǎo)。其*大优势是能(néng)检查厚壁铁磁性管，*大可(kě)检测壁厚為(wèi)25mm。这对常规涡流是无法达到的。其次，它对大范围壁厚缺损灵敏度和**度高，精度可(kě)达2%～5%，对小(xiǎo)體(tǐ)积的缺陷，如腐蚀凹坑，检测灵敏度的高低取决于材质、壁厚、磁导率的均匀性、检测频率和探头的拉出速度等因素。在石化行业常见的Φ25×2.5的碳钢管上，检测灵敏度可(kě)达到深度80%，直径為(wèi)Φ2.8的腐蚀坑。
遠(yuǎn)场涡流使用(yòng)的检测频率比常规涡流低许多(duō)，為(wèi)了保证在激励的每个周期内能(néng)采集到信号，而不漏检，检测速度受到限制，通常只有(yǒu)常规涡流检测方法的1/3～1/5，大致范围在10m～20m/min，一个8h的工作班可(kě)检查200～500根10m長(cháng)的管道。
3.应用(yòng)实例
某石化总厂一台换热器曾几度因管子泄漏而影响生产，在检修期间采用(yòng)试压方法来检验，结果也发现有(yǒu)管子泄漏。為(wèi)彻底检验该换热器，了解其实际状况，评估其使用(yòng)寿命，采用(yòng)遠(yuǎn)场涡流检测方法对该换热器管子进行逐根检查，其规格為(wèi)Φ25mm×2.5mm，材质為(wèi)20号钢。
图3是一根换热管的实际检测结果的条形图。从图中可(kě)以看出，在S1～S7处，相位和幅度曲線(xiàn)都出现向右偏移，这是折流板的信号。在B3，B4，B5和B6处相位和幅度曲線(xiàn)都出现了向左偏移，且有(yǒu)一定長(cháng)度，说明在上述位置出现了大范围的周向壁厚减薄，通过图上坐(zuò)标计算并与标准样管对比，确定壁厚减薄深度為(wèi)壁厚的13%。据现场观察与了解，出现的壁厚减薄可(kě)能(néng)是制造过程穿管不当造成的管子机械损伤，又(yòu)由于使用(yòng)过程中应力集中等原因使该处壁厚减薄进一步加重。经检测，该换热器还有(yǒu)数根管子情况与此相同。
该次检验共有(yǒu)三台相同的高压加热器，结构如图5所示。检验结果：
检测结果是换热器管大多(duō)為(wèi)轻微腐蚀，*
大壁厚减薄在13%以下，只有(yǒu)五六根换热器管存在严重壁厚减薄。将该换热器的壁厚减薄深度>20%的管子堵塞后投入使用(yòng)，现已**运行一年，没有(yǒu)出现因管子泄漏而非计划停机现象。
另一应用(yòng)实例是某热電(diàn)厂六十万千瓦机组的高压加热器钢管检验，其加热器钢管规格為(wèi)Φ16×2.1mm的U型管，材质為(wèi)低碳钢。于1990年初投产运行至1998年9月，累计运行3.5万小(xiǎo)时，均发生了不同程度的泄漏。根据加热器采用(yòng)的碳钢管材分(fēn)析，其发生泄漏的原因主要有(yǒu)四种：弯曲应力、热应力、冲刷减薄及腐蚀。它们将导致管子产生裂纹、蚀坑甚至断裂等，其危害相当大，不仅使热效率降低，供電(diàn)煤耗升高，而且長(cháng)期下去还将导致腐蚀现象发生，严重时甚至造成加热筒體(tǐ)爆破。检验使用(yòng)RQ-01便携式遠(yuǎn)场涡流探伤仪，探头用(yòng)外径Φ10.5mm的遠(yuǎn)场差动和**式探头，检测频率為(wèi)350Hz。标定管為(wèi)相同规格，相同材质的钢管上加工Φ1.2mm通孔和Φ2mm通孔。
缺陷的探伤评定上遵从如下原则：
(1) 缺陷信号幅值超过Ф1.2mm通孔的為(wèi)记录标准，而不论缺陷深度大小(xiǎo)。
(2) 缺陷信号幅值超过Ф2mm通孔的為(wèi)堵管标准而不论缺陷深度大小(xiǎo)。
根据以上原则，在探伤过程中凡发现超过堵管标准的信号显示，在探伤人员无法确定為(wèi)非相关信号时，一律应该判废。
检验工艺使用(yòng)RQ-01遠(yuǎn)场涡流仪和外径為(wèi)Ф10mm的遠(yuǎn)场差动式与**式探头，检测频率為(wèi)350Hz。
1# 加热器未发现超过记录标准及堵管标准的管子。
2# 加热器建议堵管5根，监督进行5根（超过记录标准）。
3# 加热器建议堵管3根，监督运行2根。
同一根管段上有(yǒu)的存在多(duō)个缺陷，但每根管段上的典型缺陷多(duō)数分(fēn)布在距管口3mm左右的位置。
高压加热器钢管泄漏与其运行状况紧密相关，其运行特点是：
(1) 进出水流对管板的冲击造成较大的管板弯曲应力，造成管口与管板胀接处萌生裂纹，并向管内延伸。
(2) 疏水區(qū)域由于疏水**，造成管段腐蚀，特别是汽、水两相混合區(qū)域尤為(wèi)严重。
(3) 进水室管口向内300mm的管段存在水流的冲刷减薄，乃至开裂。
4.结束语
*新(xīn)发展的遠(yuǎn)场涡流技术，為(wèi)電(diàn)力石化行业大量使用(yòng)的钢管缺损检查提供了一种确实可(kě)行的快速和可(kě)靠的方法，文(wén)章中的应用(yòng)实例证实了该方法的实用(yòng)性。今后的任務(wù)是如何提高完善该项技术，扩大在電(diàn)力石化领域的应用(yòng)，加强基础和实用(yòng)化研究。