[发明专利]用于测量管内侧沉积物的装置和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及用于检查管道内壁的装置和方法，并且更具体地涉及用于检测和测量例如蒸汽发生器或热交换器管材的管道内壁上的沉积物的装置和方法。

背景技术

蒸汽发生器管的特性是其内径(ID)表面上具有保护性磁铁矿沉积物。目前没有方法能够准确并且可靠地测量蒸汽发生器管材的ID上沉积的磁铁矿的厚度。

用于检查金属管道内壁的探头是现有技术中公知的。这种探头在对核蒸汽发生器中的热交换器内壁的由腐蚀、微振磨损或发生器的缝隙区域中的污泥淤积造成的缺陷或变形进行检查方面是尤其有用的。总体而言，这些探头通过应变计或涡流探头进行操作。

应变计式探头通常由外接有多个弹簧加压指针的圆柱轴形成。应变计放置在弹簧加压指针中的每一个上。当探头主体插入至管的内部中并且沿其纵向轴线平移时，内部管壁的半径的差异导致一个或多个弹簧指针在径向方向上弯折。这些指针弯折的程度由附连至指针的应变计获取。

涡流探头通常由弹性地安装至探头中的涡流线圈形成，从而滑触地接合在探头旋转时接受检查的管的内部。线圈电气连接至电流发生器，随着线圈的移动，电流发生器向线圈传导交变电流。阻抗检测电路同样跨接线圈的导线。在操作中，通过线圈进行传导的交变电流激励线圈产生脉冲磁场，该脉冲磁场的大小和极性根据电流的频率发生改变。当探头的线圈位于导电壁附近时，从线圈发散的变化磁通量在壁的一部分中引起涡流。所产生的涡流的具体的电流强度、电压以及方向部分地取决于传导涡流的壁部分的特定阻抗。因为由线圈产生的涡流的流向与流过探头感应线圈的电流相反，所以由涡流产生的磁场在感应线圈中产生了阻抗。这些涡流的强度随后取决于这些电流在流经壁的过程中经历的电阻。由于金属壁中的缺陷(例如裂缝、凹坑或局部减薄区域)在缺陷位置处产生电阻较高的区域，因此涡流探头能够用于通过随着探头主体沿管的内壁移动而不断监测感应线圈的阻抗来对缺陷进行定位。

尽管一些现有技术的探头能够对热交换器管进行令人满意的检查，但是它们都具有限制了其实用性的缺点。此外，这些探头并不允许测量ID表面上的沉积物。

由于应变计式探头需要将非常小的应变计安装至外接探头主体的弹性金属指针上，因此是易碎的。如果探头受到偶然的机械冲击或者甚至是通过管的异常粗糙的部分快速拉出，则应变计本身及其导线都容易破损。尽管应变计式探头能检测这种管中椭圆度的出现(随即表示管是否已经由于强烈的局部压力而受力)，但是许多这些类型的轮廓测定仪的缺陷分辨率都相对较低。如果通过围绕探头的圆周增加更多的弹簧指针和应变计来提高缺陷分辨率，则应变计必须制造成更小，从而进一步增大了装置的易碎性。

当微小线圈以滑触接触弹性地接合壁的内部时，涡轮式探头也可能在设计上遭受过多的易碎性。尽管一些更好的探头设计通过将涡流探头放入自润滑塑料(其受到磨损)中或者通过随着探头在管中平移将线圈附连至弹性接合内管壁的触针的后部来克服这个缺点，但是这些设计都不能准确地解决管椭圆度的问题，也不能测量ID上的沉积物。

此外，由于磁铁矿层的可变的物理特性对现有方法(例如，传统的涡流)造成影响，因此使得对磁铁矿沉积层的测量更加困难。磁导率和磁铁矿的孔隙度是这些问题的主要来源。

本申请的发明人已经在过去提出了磁铁矿层的涡流测量方法。该方法包括涡流轴绕式探头的使用，涡流轴绕式探头通过具有单一高频的传统装置进行激励并且记录以管的缺少磁铁矿沉积物的部分为基准的信号的变化。通过使用从场中取出的管样品来建立厚度与电压之间的关系，而提出来这个方法。接着基于从这些拉出的管获得的磁导率的设定值进行测量。因此，如果层的磁性或物理特性在管与管之间发生变化，则涡流相应将有所不同，从而导致厚度估计的准确性较低。在场中进行评估的管中的磁导率的任何变化都将导致厚度估计中的显著误差。不能通过涡流轴绕式探头技术将厚度与磁导作用分开。

另一种测量方法——Oxiprobe^TM使用装载质量(mass of the loading)和清洁区域来推导厚度值(Gonzalez，F.，Brennenstuhi，A.M.，Palumbo，G.和Dyck，R.W.，“Steam Generator Primary Side Fouling Determination Using theOxiprobe Inspection Technique(使用Oxiprobe检查技术确定蒸汽发生器一次侧污垢)”，第四届CANDU维修国际会议，多伦多，1997年11月16日至18日)。通过这个方法，还假定磁铁矿具有特定的、一致的密度。