電站鍋爐不銹鋼管氧化皮檢測 技術與應用

0 引言

隨著我國電力建設的快速發展，新投產的機組逐步向大容量、高參數方向發展[1]。由于鍋爐運行的蒸汽壓力和溫度的提高，需要管道耐熱能力更強，所以鍋爐在設計制造過程中越來越多地采用了諸如TP304H、TP316H、TP347H等奧氏體不銹鋼[2]。隨著鍋爐運行時間的增長，在鍋爐過熱器和高溫再熱器管道內部會逐漸生成氧化皮，而氧化皮與不銹鋼管道基體的熱膨脹系數相差較大又導致鍋爐在載荷變化迅速、起停等情況下氧化皮容易剝落。剝落的氧化皮會堵塞管道引起局部過熱，嚴重時甚至導致過熱器、再熱器爆管；同時剝落的氧化皮被帶入汽輪機，引起固粒侵蝕導致損傷汽輪機葉片，污染水汽品質。因此，在檢修過程中檢測到氧化皮對機組安全運行至關重要[3]。

目前電站鍋爐普遍采用射線探傷法對鍋爐管道內沉積的氧化物進行無損檢測[4]，使用該方法的缺點是檢測費用昂貴；檢測靈敏度低，對于數量較少的沉積氧化物難以從圖像上辨認確定；由于射線放射源具有危害性，取得結果的工藝進程較慢，不利于縮短鍋爐檢修工期，影響電廠的經濟效益。因此，急切需要一種有效的無損檢測技術來準確檢測管道中氧化皮的剝落情況。

1 檢測原理

在不銹鋼管外壁加一穩恒強磁場，當管內不存在氧化物時，由于不銹鋼管為非磁性的，磁場分布幾乎不受影響；當不銹鋼管內存在氧化物時，氧化物將會被外部強磁場磁化，在氧化物內部形成磁路，磁場分布將會發生變化，此時磁場將包含管道內磁性氧化物的信息。因此可以從管道外部利用磁場敏感元件檢測被磁化的氧化物產生的雜散磁場信號，并通過敏感元件將其轉化為電信號進行檢測。原理圖如圖1所示，其中實線表示穩恒磁場的磁通線在局部區域的分布情況，虛線表示該穩恒磁場產生的雜散磁場的磁通線分布情況。該磁性無損檢測法具有下列優點：

（1）檢測安全、可靠、靈敏度高。該磁性無損檢測方法使用穩恒磁場產生直流輸出信號，磁場強度、電源電壓以及輸出信號都處于安全范圍內；又由于檢測裝置中的敏感元件對磁場非常敏感，所以當氧化皮很少時也可以檢測到，具有很高的靈敏度。

（2）由于附著在管壁上的氧化皮受到外磁場作用時可以完全類似于已經剝落沉積下來的氧化皮那樣被磁化而產生雜散磁場，所以可以對仍附著在管壁上的氧化皮進行無損檢測。

（3）對工作環境要求比較寬松，不需要對檢測管道外部進行特殊清理，只要保證沒有強磁性物質即可。

2 檢測儀器

2.1 硬件部分

電站鍋爐不銹鋼管氧化皮檢測系統的硬件組成如圖2所示，主要包括傳感器模塊、信號調理模塊、供電模塊和主機模塊。儀器的外圍設備包括按鍵、LCD顯示屏、SD卡和與計算機連接的USB線等。

磁性傳感器將不銹鋼管內的氧化皮信號采集出來，并將其轉換為電信號，經過信號調理電路將信號濾波、放大后送到主機，主機將檢測信號進行處理后送到LCD顯示器進行顯示，以方便檢測人員進行實時查看，同時還可以將檢測數據保存到SD卡，保存的數據通過USB線可以傳輸到計算機上，方便對檢測數據進行查看和分析。供電系統主要負責為信號調理電路、主機、LCD顯示器及SD卡提供電源。為了保證儀器的攜帶及使用方便，儀器供電由小巧的可充電鋰電池提供。充電通過外接220V電源完成，在充電的同時儀器仍然可以正常使用，此時儀器供電由外界電源提供。

2.2 軟件部分

儀器軟件實現了信號檢測、文件保存、文件查看等功能，主要包括檢測模塊和文件模塊，軟件功能框圖如圖3所示。

檢測模塊主要負責不銹鋼管的氧化皮檢測，檢測儀會將檢測的一根不銹鋼管內氧化皮的最大數據存入主機，同時為滿足檢測失誤而必須重新檢測的需求，儀器還可以返回到相應管的編號處進行重新檢測；文件模塊包括兩個功能：保存檢測數據和查看檢測數據，使用者可以根據自己的需要輸入文件名來保存檢測管屏的數據，還可以通過“打開文件”將檢測數據保存到以前已命名的文件中，通過USB數據線的傳輸，可將保存的檢測數據上傳到計算機，有利于對電站鍋爐不銹鋼管的安全運行提供分析和評價。

2.3 性能指標

氧化皮檢測儀的整體圖如圖4所示，由主機、傳感器、充電器和USB數據傳輸線組成。儀器的性能指標為：

（1） 中文菜單操作提示，檢測數據數字化顯示；
（2） LCD小型液晶顯示器；
（3） 檢測精度：1mV；
（4） 檢測誤差：小于20mV；
（5） 調零：自動調零；
（6） 傳感器大小：17×40×41mm  h,w,l  傳感器小巧，方便檢測；
（7） 數據存儲量： 2G；
（8） 可將存儲的檢測數據上傳至電腦，利用計算機進行查看、分析；
（9） 供電：鋰電池供電（連續供電時間：8小時），也可用220V電源供電；
（10）電池壽命：重復充放電500次以上；
（11）工作溫度范圍：-20℃～＋45℃。

3 實驗分析

3.1 檢測信號隨氧化皮重量變化的實驗

向管型為Φ45*2.5，Φ50.8*4，Φ51*7的不銹鋼管內加入重量依次增加的氧化皮，用電站鍋爐不銹鋼管氧化皮檢測儀進行檢測，分別記錄檢測到的信號值。圖5為根據檢測結果繪制的檢測信號隨氧化皮重量變化的曲線。

其中，橫軸為氧化皮的重量，縱軸為檢測儀器讀出的信號值，實線、虛線及點劃線分別表示管型為Φ45*2.5、Φ50.8*4及Φ51*7的不銹鋼管內氧化皮信號隨重量變化的情況。從圖中可以看出，曲線可以分為三段：變化迅速區、變化緩慢區和基本不變區。以管型為Φ45*2.5的不銹鋼管為例，氧化皮的重量在8g以內時信號值隨氧化皮重量的增加變化比較快，基本呈線性關系；氧化皮的重量在8g到16g之間時信號隨氧化皮重量的增加變化比較緩慢，但檢測信號仍呈上升趨勢；當氧化皮的重量超出16g時，檢測信號基本保持不變，隨著重量的繼續增加檢測信號將趨于飽和。

3.2 檢測數值隨氧化皮厚度變化的實驗

向管徑為44.2mm,管壁厚度分別為 0.9mm，1.36mm，1.82mm，2.28mm的紙制管（模擬不銹鋼管）中分別加入厚度依次增加的氧化皮。具體方法是以2mm氧化皮厚度為單位，逐次加入氧化皮。為了保證實驗的準確性，將硬紙板剪成長方形，放入管道中，與管道所圍成的空間中加滿氧化皮。圖6為檢測信號隨氧化皮厚度變化的曲線。

其中，橫軸為氧化皮在不銹鋼管中的厚度，縱軸為檢測儀器讀出的信號值，實線、虛線、點線及點劃線分別表示管壁分別為0.9mm、1.36mm，1.82mm，2.28mm的不銹鋼管內氧化皮信號隨厚度變化的情況，曲線變化趨勢與圖5類似，這里就不做具體分析了。

通過對檢測信號隨氧化皮重量及厚度變化的分析可知，不銹鋼管內氧化皮的含量在一定的范圍內時，儀器對氧化皮量的變化有很高的靈敏度，檢測信號能準確地反應管內氧化皮的量。

4 現場應用

4.1 實例1

電站鍋爐不銹鋼管氧化皮檢測儀在珠海、福州、汕頭、汕尾、泰州、貴港、濰坊等電廠進行了大量的應用，并取得了良好的效果。圖7為現場檢測的圖片。

我們在某電廠用氧化皮檢測儀檢測完后，選取儀器讀數分別為248和327的兩根不銹鋼管用射線進行拍片，結果如圖8所示。其中左圖為檢測儀器讀數為248的不銹鋼管，右圖為檢測儀器讀數為327的不銹鋼管。從圖中可以看出，左圖氧化皮的量明顯少于右圖的氧化皮，因此氧化皮檢測儀檢測與射線拍片的結果基本吻合。

4.2 實例2

某電廠500MW機組鍋爐在運行3萬多小時后，采用該技術對4000根不銹鋼管進行檢測。檢測結果表明有多根不銹鋼管堵塞嚴重。進行了氣流吹除后，多個部位堵塞。最后根據檢測數據由大到小將300余根管彎頭割開處理，最多的彎頭處取出氧化皮1600余克。檢測處理后，一次點火成功。

5 結論

本文基于對電站鍋爐不銹鋼管氧化皮檢測的工程需求，提出了磁性無損檢測方法，設計并研制了不銹鋼管氧化皮檢測儀器，進行了大量的實驗研究，并開展了大量的現場應用工作。實踐表明，該氧化皮檢測儀具有攜帶方便，操作簡單，檢測速度快等優點。因此，氧化皮的磁性檢測方法為鍋爐管道的整體氧化腐蝕狀態的評估提供了有效的數據支持，必將產生巨大的社會效益。

參考文獻：

[1] 唐海寧，大容量電站鍋爐金屬氧化皮問題綜合分析[D]，東南大學碩士學位論文，2006.3：1-2.
[2] 朱建臣，李云飛,王玉興，奧氏體不銹鋼管內壁氧化物脫落原因分析及檢測方法探討[J]，電力設備，2008，2：58~60.
[3] 梁學斌，何文，王樹偉，高溫氧化皮的問題探討和防治[J]，華北電力技術，2007，增刊2：128~130.
[4] 彭欣，李友慶，曾勁松等，基于新型無損檢測儀的奧氏體鍋爐管內壁氧化皮堵塞爆管探析[J],華北電力技術，2008，6：47~50.

作者簡介：丁克勤，1968年9月生，男，研究員，從事無損檢測領域的研究。
通訊地址：北京朝陽區和平街西苑2號樓，郵編：100013，手機：13910579725，電子郵箱：[email protected]。

回復后可以下載論文Word版哦~

游客，如果您要查看本帖隱藏內容請回復

又是一個新技術，學習了{:soso_e179:}