Ứng dụng phương pháp dòng điện xoáy kiểm tra ống trao đổi nhiệt phi từ tính tại nhà máy nhiệt điện

Bài viết Ứng dụng phương pháp dòng điện xoáy kiểm tra ống trao đổi nhiệt phi từ tính tại nhà máy nhiệt điện trình bày kết quả thực nghiệm áp dụng phương pháp kiểm tra dòng điện xoáy sử dụng thiết bị dòng điện xoáy EddyMax cho kiểm tra phát hiện các khuyết tật nhân tạo trên ống trao đổi nhiệt làm từ vật liệu phi từ tính gồm thép không gỉ 304 và đồng 90%.

ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP DỊNG ĐIỆN XỐY KIỂM TRA ỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT PHI TỪ TÍNH TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NGUYỄN VĂN ĐỨC Trung tâm Đánh giá không phá hủy Số 140, đường Nguyễn Tuân, quận Thanh Xuân, Hà Nội Email: ducneutrino@gmail.com Tóm tắt: Hư hỏng ống trao đổi nhiệt nguyên nhân chủ yếu gây cố ngưng trệ vận hành nhà máy nhiệt điện Để kiểm tra, phát sai hỏng mà khơng làm ảnh hưởng đến hoạt động chung nhà máy việc sử dụng phương pháp kiểm tra khơng phá hủy (NDT) - dịng điện xoáy (ECT) hữu hiệu việc sử dụng đầu dị với dây cáp dài vào sâu ống để kiểm tra Báo cáo trình bày kết thực nghiệm áp dụng phương pháp kiểm tra dịng điện xốy sử dụng thiết bị dịng điện xoáy EddyMax cho kiểm tra phát khuyết tật nhân tạo ống trao đổi nhiệt làm từ vật liệu phi từ tính gồm thép khơng gỉ 304 đồng 90% Nghiên cứu cho thấy sai hỏng, khuyết tật phát tin cậy, đáp ứng tiêu chuẩn ASME V, chương cho hình ảnh trực quan, phát khuyết tật nhỏ Từ khóa: kiểm tra dịng điện xốy, hư hỏng ống trao đổi nhiệt, phi từ tính, EddyMax I MỞ ĐẦU Phương pháp dịng điện xốy (Eddy Current Testing – ECT) phương pháp kiểm tra không pháp hủy dựa tượng cảm ứng điện từ sở lý thuyết trường điện từ Maxwell Sử dụng phương pháp dịng điện xốy kiểm tra phát cách nhanh chóng bất liên tục xuất ống trao đổi nhiệt hệ thống nhà máy nhiệt điện Trên giới, từ năm 1970 phương pháp phát triển để kiểm tra ống trao đổi nhiệt bình sinh đến ngày phát triển kỹ thuật cao kiểm tra dịng điện xốy mảng (Eddy Current Array – ECA) Còn Việt Nam, phương pháp lần triển khai nghiên cứu Trung tâm Đánh giá không phá hủy năm 2011 dựa nghiên cứu triển khai cho việc kiểm tra hệ thống ống trao đổi nhiệt số nhà máy nhiệt điện Mông Dương II, Formosa Hiện nay, Việt Nam với tiền hàng trăm nhà máy nhiệt điện, nhu cầu kiểm tra vơ lớn Tuy nhiên, nước chưa có nhiều đơn vị có thiết bị nhân lực cho việc đáp ứng nhu cầu Vì vậy, đề tài nghiên cứu thực nhằm phát triển ứng dụng phương pháp cho kiểm tra ống trao đổi nhiệt thơng qua sử dụng hệ thiết bị dịng điện xốy EddyMax TMT Đề tài nghiên cứu trình bày kết thực nghiệm áp dụng phương pháp dịng điện xốy, sử dụng thiết bị dịng điện xốy EddyMax TMT cho kiểm tra phát khuyết tật nhân tạo ống trao đổi nhiệt làm từ vật liệu phi từ tính gồm thép không gỉ 304 đồng 90% II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II Đối tƣợng nghiên cứu phƣơng pháp a Ngun lý kiểm tra dịng điện xốy Khi cấp dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây đặt đầu dò kiểm tra, từ trường biến thiên hình thành xung quanh cuộn dây đó, đặt cuộn dây gần vật liệu kiểm tra, từ trường cuộn dây gây dòng điện chạy vật liệu, dòng điện gọi dịng điện xốy (Hình 1) Khi dịng điện xốy chạy vật liệu kiểm tra, thân dịng điện xoáy tạo từ trường thứ cấp làm ảnh hưởng đến trở kháng cuộn dây, từ trường gây dịng điện xốy ln có xu hướng chống lại từ trường cuộn dây Khi bề mặt vật liệu kiểm tra có khuyết tật làm thay đổi từ trường thứ cấp làm thay đổi trở kháng cuộn dây Thay đổi trở kháng cuộn dây đo chế độ pha biên độ cho phép phân tích, đánh giá thơng tin có giá trị liên quan đến khuyết tật xuất vật liệu kiểm tra [1] Trong cuộn dây kiểm tra, trở kháng (Z) kết hợp hai thành phần điện trở (R) cảm kháng (XL) tạo nên mặt phẳng trở kháng [2]: + Cảm kháng X = 2fL, f tần số từ trường dòng điện xoay chiều (Hz) L độ tự cảm cuộn dây + Điện trở R tổng trở Z có giá trị √ Trên mặt phẳng trở kháng, cảm kháng XL biểu diễn trục tung điện trở R biểu diễn trục hồnh, trở kháng Z cuộn dây biểu diễn điểm P Khi chưa tiếp xúc vật kiểm tra, trở kháng được đặc trưng hai thành phần XL0 R0, biểu diễn điểm P0 (cuộn dây khơng khí) Khi tiếp xúc với vật kiểm tra từ trường cuộn dây, trở kháng cuộn dây thay đổi, điểm P0 dịch chuyển đến điểm P1 tương ứng với giá trị cảm kháng XL1 điện trở R1 ảnh hưởng vật kiểm tra [3][4] Hình 1: Ngun lý phương pháp dịng điện xoáy b Đối tƣợng nghiên cứu Ống trao đổi nhiệt thành phần thiết bị trao đổi nhiệt, bề mặt ống trao đổi nhiệt bề mặt truyền nhiệt lưu chất chảy bên bên ống Ống trao đổi nhiệt thường làm đồng thép hợp kim, số ứng dụng, đặt biệt ống trao đổi nhiệt chế tạo từ hợp kim Nicken, Titanium hợp kim nhơm Trong q trình hoạt động, ống trao đổi nhiệt bị đóng cặn, xâm thực, ăn mịn gây hư hỏng ống Có hai loại hư hỏng thường gặp ống trao đổi nhiệtt hư hỏng học hư hỏng ăn mịn hóa học [5] - Hư hỏng học (Hình 2): xuất xói mịn kim loại, nước hammer, rung, mỏi nhiệt, freeze-up, giãn nở nhiệt nước làm mát Hình 2: Hư hỏng học a) Ăn mòn kim loại, b) Hơi nước Hammer, c) Rung, d) Freeze-up - Hư hỏng ăn mịn hóa học (Hình 3): xuất phản ứng vật liệu ống với lưu chất chuyển động ống, thường gặp là: ăn mịn cục bộ, ăn mòn rỗ, ăn mòn ứng suất, ăn mịn điện hóa, rãnh ngưng tụ Hình 3: Hư hỏng ăn mịn hóa học a) ăn mịn cục bộ, b) ăn mòn rỗ, c) ăn mòn ứng suất, d) ăn mịn điện hóa c Thực nghiệm kiểm tra c.1 Hệ thống thực nghiệm Hệ thực nghiệm sử dụng hệ thiết bị dịng điện xốy EddyMax TMT sử dụng công nghệ đa tần số, thiết kế cho việc kiểm tra ống nhanh, hệ thống xách tay với nhiều tính cao (Hình 4) Hình 4: Sơ đồ bố trí thực nghiệm kiểm tra Để kiểm tra ống trao đổi nhiệt phi từ tính, đầu dò kèm thiết bị gồm đầu dò Bobbin hoạt động chế độ vi sai (gồm hai cuộn dây mắc đối xứng nhau) Các đầu dò hoạt động dải tần số khác nhau, phụ thuộc vào vật liệu, đường kính ống Trên đầu dị có gắn dải màu để phân biệt dải tần số dải màu đỏ dùng kiểm tra tần số từ kHz đến 30 kHz, dải màu vàng dùng kiểm tra tần số từ 10 kHz đến 200 kHz [6] Bảng 1: Hai mẫu ống đầu dò sử dụng kiểm tra Hệ số Đầu dị Tến ống Đường kính ngồi (mm) Bề dày thành ống (mm) Thép không gỉ 304 19.0 1.2 0.90 10/206 Đồng 90% 25.5 2.0 0.88 10/209 điền đầy sử dụng (số series) Hai mẫu chuẩn sử dụng kiểm tra thép không gỉ 304 đồng 90% tạo khuyết tật nhân tạo gồm lỗ phẳng đáy, lỗ xuyên thấu (Hình 5): Hình 5: Hai mẫu ống kiểm tra c.2 Thiết lập tham số kiểm tra - Tần số kiểm tra: Tần số kiểm tra thiết lập cơng thức: Trong đó,  độ dẫn điện (%IACS), t bề dày thành ống (mm), f tần số (kHz) Bảng 2: Kết tính tần số hai mấu ống kiểm tra Mẫu chuẩn Độ dẫn điện (%IACS) Bề dày thành ống (mm) Đƣờng kính ngồi ống (mm) Tần số (kHz) Đồng 90% 9.0 2.0 25.5 14.2 2.39 1.2 19.0 150 Thép không gỉ 304 - Chế độ thị: Thiết lập hiển thị gồm kênh (CH1), kênh phụ (CH2) kênh hỗn hợp (MIX) kênh hiển thị biên độ tín hiệu - Thiết lập thơng số kiểm tra máy: Các thông số cần thiết lập cho máy EddyMax TMT để kiểm tra ống bao gồm thông số như: PreGain, Gain, Phase, Low Pass Filter (lọc thông thấp), High Pass Filter (lọc thông cao) [6] c.3 Tiêu chuẩn áp dụng Áp dụng tiêu chuẩn ASME V, Mục 8, phụ lục II (Eddy Current Examination of Nonferromagnetic Heat Exchanger Tube): Tiêu chuẩn cho kiểm tra dòng điện xốy ống trao đổi nhiệt phi từ tính Đánh giá độ sâu khuyết tật lớn khuyết tật dựa sở so sánh với bề dày thành ống Chỉ tiến hành xem xét, đánh giá khuyết tật có độ sâu từ 20% bề dày thành ống trở lên Mức đánh giá chấp nhận/loại bỏ phụ thuộc vào kinh nghiệm cán kiểm tra thực tế sở cần kiểm tra [7] II Kết a Kết kiểm tra ống thép không gỉ 304 Kết thu từ kiểm tra ống thép khơng gỉ gồm khuyết tật (Hình 6): - Tín hiệu hai lỗ xuyên thấu hai lỗ phẳng đáy - Từ hình ảnh hiển thị thấy dạng tín hiệu lỗ xun thấu, lỗ phẳng đáy với góc pha, vị trí chiều dài ống biên độ khuyết tật Bảng 3: Kết kiểm tra ống thép không gỉ 304 Sai số Sai số độ sâu Dạng khuyết tật Pha Biên độ Vị trí 95 % 5% E 11.6 9.3 V 0.271 m 1.45 % 95 % 5% E 10.2 7.6 V 0.237 m 5.33 % 76 % 4% E 87.5 11.8 V 0.191 m 9.14 % 27 % 7% E 104.2 19.2 V 0.113 m 9.60 % Độ sâu vị trí Hình 6: Tín hiệu thu từ ống thép khơng 304 Hình 7: Đường cong hiệu chỉnh tín hiệu ống thép khơng gỉ 304 b Kết kiểm tra ống đồng 90% Kết thu từ kiểm tra ống thép không gỉ gồm khuyết tật (Hình 6): - Tín hiệu hai lỗ xuyên thấu - Từ hình ảnh hiển thị thấy dạng tín hiệu lỗ xuyên thấu, lỗ phẳng đáy với góc pha, vị trí chiều dài ống biên độ khuyết tật Bảng 4: Kết kiểm tra ống đồng 90% Độ sâu Sai số độ sâu Dạng khuyết tật Pha Biên độ Vị trí Sai số vị trí 88 % 12 % E 23.7 5.0 0.255 m 7.27 % 84 % 16 % E 30.5 5.1 0.222 m 1.33 % Hình 8: Tín hiệu thu từ ống thép đồng 90% Hình 9: Đường cong hiệu chỉnh tín hiệu ống đồng 90% II Bàn luận - Mẫu chuẩn thiết kế với bốn lỗ lệch 900 khuyết tật lỗ phẳng đáy 20% lỗ xuyên thấu nhỏ để giúp đảm bảo khuyết tật đủ lớn để phát Tuy nhiên, kiểm tra lỗ nhỏ khó phát mà tín hiệu dải biến đổi nhỏ Nếu muốn nhận biết lỗ xuyên thấu nhỏ phụ thuộc nhiều vào khả người kiểm tra - Kết kiểm tra cho thông tin pha biên độ cho biết loại khuyết tật, phân biệt khuyết tật mặt hay mặt ống Đánh giá kích thước khuyết tật xác, sai số nhỏ 10% - Vị trí phát khuyết tật kiểm tra thực nghiệm so với mẫu thực tế có kết xác cao, sai số nhỏ 10% Kéo ống xa sai số vị trí lớn rung lắc đầu dị làm ảnh hưởng tới kết kiểm tra - Kết kiểm tra ống thép không gỉ cho kết xác phát đầy đủ bốn khuyết tật mẫu thực tế, mẫu đồng 90% phát hai khuyết tật sai số lớn, nhiên phát vị trí đảm bảo nguyên nhân do: đồng có độ dẫn điện lớn làm cho dịng xốy chạy ống bị thay đổi lớn dẫn đến tín hiệu khuyết tật giảm, làm giảm độ xác phép đo - Áp dụng theo tiêu chuẩn Trung tâm Đánh giá không phá hủy, loại bỏ khuyết tật lớn 40% bề dày thành ống, việc phát khuyết tật với phần trăm lớn đủ sở để loại bỏ hay chấp nhận thực tế kiểm tra - Nguyên nhân dẫn đến sai số phép đo hai mẫu ống: tốc độ kéo đầu dò chưa đảm bảo, dẫn đến rung lắc đầu làm sai lệch kết đo - Để hồn thiện phương pháp ứng dụng rộng đề tài phát triển cho kiểm tra vật liệu từ tính kết hợp phần mềm WINDEVOS kèm theo hệ EddyMax TMT hình ảnh tổng quan hệ trao đổi nhiệt III KẾT LUẬN Báo cáo trình bày khái niệm tổng quan phương pháp dòng điện xốy hệ thiết bị dịng điện xốy EddyMax TMT Sử dụng hệ thiết bị EddyMax TMT để kiểm tra hai mẫu ống chuẩn thép không gỉ 304 đồng 90% Kết thu cho thông tin tương đối xác vị trí, kích thước hai mẫu này, từ áp dụng tiêu chuẩn để loại bỏ hay chấp nhận Từ kết nghiên cứu này, hệ thiết bị EddyMax TMT Trung tâm Đánh giá khơng phá hủy hồn tồn sử dụng để kiểm tra ống trao đổi nhiệt cho nhà máy nhiệt điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Duyên Bình, “Giáo trình Vật lý đại cương (tập hai)”, NXB Giáo dục, 256-274, 2007 [2] Nguyễn Trọng My, Nguyễn Trọng Quốc Khánh, “Các phương pháp kiểm tra khơng phá hủy: Kiểm tra dịng xốy”, NXB Giáo dục, 20-25, 2015 [3] Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, “Tạp chí Thơng tin Khoa học Hạt nhân”, số 53, 21-28, 2017 [4] IAEA, “Eddy Current Testing at Level 2, Manual for the syllabi Contained in IAEATECDOC-628.Rev.2 “ Trainning Guidelines for Nondestructive Testing Techniques”, 2011 [5] J.P.Holman, “Heat Transfer”, Tenth Edition, 2010 [6] Test Maschinen Technick GmbH, “Instruction Manual TMT eddyMax® Documentation”, 2009 [7] ASME, “Boiler and Pressure Vessel Code, Section V and Section VIII”, 2017 APPLICATION OF EDDY CURRENT TESTING FOR EXAMINATION OF NONMAGNETIC HEAT EXCHANGER TUBE IN THERMAL POWER PLANT Abstract: The damaged heat exchanger tubes are one of the main reasons causing the problem in ceasing operation of thermal power plants In order to be able to detect such defects without affecting the overall operation of the plant, the use of Nondestructive Testing (NDT) - Eddy Current Testing (ECT) is the most effective method that can be used to test these heat exchangers by using probes with long cables that can go deep into the tubes for inspection The report presents the results of empirical research using EddyMax eddy current instrucments for the detection of artificial defects on the heat exchanger made of nonmagnetic: stainless steel 304 and copper 90% Research shows that defects, defects are found to be reliable, meeting the standards of ASME V, Chapter The research shows that faults and defects have been found to be reliable, meeting the requirements of ASME V, Chapter and results test are visual imaging, without missing out on minor defects Keywords: Eddy Current Testing (ECT), The damaged heat exchanger tubes, nonmagnetic, EddyMax ... nhiệt, bề mặt ống trao đổi nhiệt bề mặt truyền nhiệt lưu chất chảy bên bên ống Ống trao đổi nhiệt thường làm đồng thép hợp kim, số ứng dụng, đặt biệt ống trao đổi nhiệt chế tạo từ hợp kim Nicken,... tương ứng với giá trị cảm kháng XL1 điện trở R1 ảnh hưởng vật kiểm tra [3][4] Hình 1: Nguyên lý phương pháp dịng điện xốy b Đối tƣợng nghiên cứu Ống trao đổi nhiệt thành phần thiết bị trao đổi nhiệt, ... chuẩn áp dụng Áp dụng tiêu chuẩn ASME V, Mục 8, phụ lục II (Eddy Current Examination of Nonferromagnetic Heat Exchanger Tube): Tiêu chuẩn cho kiểm tra dòng điện xốy ống trao đổi nhiệt phi từ tính