陳申乾,黃松嶺,趙 偉,任建興

(1.上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工程學(xué)院,上海200090; 2.清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100084)

燃煤鍋爐熱力管道缺陷檢測(cè)技術(shù)

陳申乾1,2,黃松嶺2,趙 偉2,任建興1

(1.上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工程學(xué)院,上海200090; 2.清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100084)

作為燃煤電廠三大主機(jī)之一的鍋爐,其穩(wěn)定運(yùn)行直接影響了整個(gè)燃煤電廠的安全性,而其中最易發(fā)生事故的鍋爐熱力管道的安全則是重中之重。介紹了水冷壁高溫硫腐蝕、過(guò)熱器再熱器高溫腐蝕、省煤器氧腐蝕這三種在鍋爐熱力管道中較為常見(jiàn)的缺陷的形成原理及危害,并重點(diǎn)介紹了可以用于檢測(cè)這些缺陷的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)、漏磁檢測(cè)技術(shù)和電磁超聲檢測(cè)技術(shù)的原理、研究成果以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

無(wú)損檢測(cè);電磁超聲;管道缺陷;熱力管道;燃煤鍋爐

由于我國(guó)的能源主要是以煤炭等化石燃料為主,所以在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)火力發(fā)電仍占據(jù)我國(guó)電力供應(yīng)的主導(dǎo)地位。因此,占據(jù)了全國(guó)總裝機(jī)容量近70%份額的火力發(fā)電廠的安全運(yùn)行與我國(guó)電力穩(wěn)定供應(yīng)和居民生活用電的質(zhì)量水平息息相關(guān)。隨著全球能源與環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻,燃煤機(jī)組逐漸趨向于高參數(shù)的超臨界及超超臨界機(jī)組。但是隨著燃煤機(jī)組容量的增大,對(duì)機(jī)組管道及設(shè)備的材料性能、生產(chǎn)能力及運(yùn)行管理水平提出了更高的要求。在電廠設(shè)備中,鍋爐占據(jù)了重要地位,與汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)共稱為電廠的“三大主機(jī)”[1],是整個(gè)燃煤電廠的能量來(lái)源,其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響整個(gè)燃煤電廠系統(tǒng)的安全。

鍋爐被稱為蒸汽發(fā)生器,是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備,應(yīng)用范圍極其廣泛,由于其運(yùn)行條件十分惡劣,且長(zhǎng)期受到水蒸氣與爐水等的沖刷與腐蝕,需要定期對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)與維護(hù),否則一旦發(fā)生安全事故,就會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行,甚至發(fā)生爆炸,造成人員傷亡等惡性事件。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì),在目前所發(fā)生的鍋爐事故中,爐內(nèi)熱力管道(過(guò)熱器管、再熱器管、水冷壁管、省煤器管)事故占了2/3左右[2]。而隨著鍋爐壓力及容量的增加,管道事故的發(fā)生率也隨之上升。大型燃煤電廠的過(guò)熱器出口蒸汽壓力為27 MPa,溫度等級(jí)為560℃左右,已經(jīng)達(dá)到了超超臨界參數(shù)[3];亞臨界參數(shù)的燃煤機(jī)組,其過(guò)熱器出口蒸汽壓力為18 MPa,溫度等級(jí)也達(dá)到了550℃,可見(jiàn)鍋爐熱力管道需要承受巨大的壓力,因此加強(qiáng)生產(chǎn)、安裝及運(yùn)行過(guò)程中對(duì)鍋爐熱力管道的檢測(cè)對(duì)于燃煤電廠的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

筆者分析了引起鍋爐熱力管道事故的主要缺陷形成機(jī)理,簡(jiǎn)單介紹了應(yīng)用于燃煤鍋爐熱力管道的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)、漏磁檢測(cè)技術(shù)及電磁超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的原理及研究成果。

1 熱力管道主要缺陷

一般來(lái)說(shuō),電站鍋爐內(nèi)的多種熱力管道包括省煤器、水冷壁、過(guò)熱器、再熱器等,由于工況不同,在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同的缺陷,為了提高檢測(cè)的精確性,有必要了解熱力管道的主要缺陷。

1.1 水冷壁管高溫腐蝕

水冷壁管材料一般為20G鋼,鍋爐壓力在14 MPa以上時(shí)也有部分水冷壁管材料為Cr-Mo合金鋼,如12Crl Mo V[4]。管徑與鍋爐的類型有關(guān),自然循環(huán)鍋爐水冷壁管外徑大多為50～82 mm,強(qiáng)制循環(huán)鍋爐與直流鍋爐水冷壁管外徑通常為20～61 mm。電站鍋爐水冷壁管的常見(jiàn)缺陷有鼓包、過(guò)熱爆管、腐蝕、磨損、開(kāi)裂等,其中最易發(fā)生的是腐蝕,而在水冷壁管腐蝕中最常出現(xiàn)且危害最大的是高溫硫腐蝕。

高溫硫腐蝕中的硫主要來(lái)自煤粉中的黃鐵礦(FeS2)在爐膛內(nèi)融化,其中未進(jìn)行充分燃燒的部分會(huì)回落至水冷壁表面,如果衛(wèi)燃帶自身存在一定的缺陷或者開(kāi)裂,FeS2顆粒就有可能直接附著在水冷壁管管壁上。FeS2受熱分解,以及煙氣中的H2S與SO2反應(yīng)均會(huì)產(chǎn)生游離態(tài)的硫原子,水冷壁管管壁溫度通常在400℃左右,在這個(gè)溫度下游離態(tài)的硫原子會(huì)與鐵發(fā)生硫化作用。

最后形成的硫化亞鐵是一種多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì),使得腐蝕可以沿管壁內(nèi)部延伸,并會(huì)在高溫狀態(tài)下繼續(xù)氧化,最終產(chǎn)物如圖1所示,反應(yīng)不斷進(jìn)行時(shí),水冷壁管管壁就會(huì)不斷發(fā)生腐蝕減薄[5],當(dāng)厚度降低到一定值后將會(huì)引起水冷壁管的爆管。

1.2 過(guò)熱器再熱器腐蝕

在電站鍋爐中,過(guò)熱器管與再熱器管也是鍋爐事故多發(fā)的管道,由于其長(zhǎng)期處于1 000℃的煙氣中,管內(nèi)為450～650℃的過(guò)熱蒸汽[6],這些管道通常采用耐高溫的優(yōu)質(zhì)低碳鋼和各種鉻鉬合金鋼等材料,過(guò)熱器管外徑通常為30～60 mm。而事故主要是由管道的磨損、沖蝕、氧化皮剝落堆積等原因引起的,而其中造成氧化皮剝落的原因就是管道的還原性腐蝕及氯腐蝕[7]。

圖1 剝落的腐蝕產(chǎn)物

還原性腐蝕及氯腐蝕均會(huì)與管壁上的氧化皮發(fā)生反應(yīng),使其失去對(duì)管壁的保護(hù)作用。還原性氣氛的形成主要是由于煤粉的不充分燃燒導(dǎo)致的局部缺氧。

而氯腐蝕中的氯主要是以氯化鈉的形式與水、二氧化硫等反應(yīng)生成氯化氫,再與管壁氧化皮發(fā)生反應(yīng)。

當(dāng)以上的反應(yīng)發(fā)生后,管壁表面的氧化皮被破壞脫落,腐蝕性氣體會(huì)直接與管壁接觸,使得腐蝕更為嚴(yán)重。

1.3 省煤器腐蝕

省煤器主要用于吸收低溫?zé)煔獾臒崃?通常采用外徑為30～50 mm的碳鋼或鑄鐵管作為排氣管道,降低煙氣的排煙溫度。而引起鍋爐省煤器事故的主要缺陷為氧腐蝕、低溫腐蝕和磨損,這里主要介紹氧腐蝕與低溫腐蝕。

1.3.1 省煤器氧腐蝕

在鍋爐給水通過(guò)省煤器管時(shí),給水中存在的氧會(huì)與鐵發(fā)生反應(yīng),生成鐵的氧化物Fe2O3與Fe3O4,這就形成了氧腐蝕。給水溫度越高越容易發(fā)生省煤器管內(nèi)氧腐蝕,但由于水中氧的不斷消耗,高溫管段的腐蝕程度反而低于低溫管段,氧腐蝕最后在管壁形成的是點(diǎn)狀腐蝕坑,氧腐蝕外觀如圖2所示。

1.3.2 省煤器低溫腐蝕

低溫腐蝕主要是由于煤中的硫燃燒生成二氧化硫,與水蒸氣形成硫酸蒸汽進(jìn)入省煤器的低溫受熱面,蒸汽在溫度較低的受熱面上發(fā)生凝結(jié)而造成腐蝕,因此也稱為硫酸腐蝕,通常也會(huì)出現(xiàn)在空氣預(yù)熱器上。

燃料中的硫含量越高,導(dǎo)致燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化硫就越多,越易導(dǎo)致低溫腐蝕;燃燒時(shí)的過(guò)量空氣系數(shù)越大也會(huì)使得腐蝕更加嚴(yán)重;鍋爐的給水溫度也會(huì)影響低溫腐蝕的發(fā)生,給水溫度越低,省煤器壁溫越低,越容易產(chǎn)生低溫腐蝕。

注意控制低溫腐蝕的影響因素[8],有助于減少省煤器管道腐蝕的發(fā)生。

圖2 氧腐蝕外觀

2 熱力管道缺陷檢測(cè)技術(shù)

針對(duì)以上燃煤鍋爐熱力管道的缺陷,需要及時(shí)進(jìn)行熱力管道的缺陷檢測(cè)。燃煤鍋爐熱力管道的無(wú)損檢測(cè)是在不破壞管道的前提下,對(duì)各熱力管道表面及內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)。隨著鍋爐容量的增加,對(duì)鍋爐熱力管道的性能及安全要求也在逐步增加[9]。目前研究應(yīng)用較多的是遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)、漏磁檢測(cè)技術(shù)及電磁超聲檢測(cè)技術(shù)等。

2.1 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)原理如圖3所示,探頭由激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈構(gòu)成,檢測(cè)線圈與激勵(lì)線圈相距約二倍管內(nèi)徑的長(zhǎng)度,激勵(lì)線圈通以低頻交流電,檢測(cè)線圈能拾取發(fā)自激勵(lì)線圈穿過(guò)管壁后又返回管內(nèi)的渦流信號(hào),從而有效地檢測(cè)鍋爐熱力管道的內(nèi)、外壁缺陷和管壁的厚薄情況。

2.1.1 研究現(xiàn)狀

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)自1951年美國(guó)MACLEAN[10]針對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流試驗(yàn)申請(qǐng)的“Apparatus for magnetically measuring thickness of ferrous pipe”專利開(kāi)始進(jìn)行研究;直至2000年,ASTM頒布了Standard Practice for In Situ Examination of Ferromagnetic Heat-Exchanger Tubes Using Remote Field Testing標(biāo)準(zhǔn),遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)自此成為一項(xiàng)有效的管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

圖3 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)原理

圖4 F308-12Ch-0022的外置式探頭外觀

我國(guó)自20世紀(jì)90年代起才開(kāi)始對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究,起步較晚,目前已有南京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、上海核工業(yè)無(wú)損檢測(cè)中心等單位對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究[11－13];王雪等[14]采用型號(hào)為F308-12Ch-0022的外置式探頭及Ferroscope 308遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)針對(duì)電站鍋爐水冷壁腐蝕進(jìn)行了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè),該外置式探頭外觀如圖4所示;王德新等[15]利用渦流技術(shù)研制了一條針對(duì)鍋爐鋼管的渦流檢測(cè)自動(dòng)線;金南輝等[16]采用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)電廠的水冷壁管進(jìn)行了實(shí)際檢測(cè),且能夠準(zhǔn)確得到管壁腐蝕缺陷信號(hào);任海燕等[17]對(duì)一套針對(duì)鍋爐水冷壁腐蝕的單通道低頻渦流檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行了三維仿真計(jì)算分析,證實(shí)了其可行性;唐麗芳等[18]就對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)電站鍋爐水冷壁管的應(yīng)用方面進(jìn)行了探究;王小聰?shù)萚19]也對(duì)垃圾發(fā)電鍋爐水冷壁管的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流實(shí)際檢測(cè)進(jìn)行了分析,能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出管道中腐蝕坑及管壁的減薄,這項(xiàng)技術(shù)在鍋爐熱力管道上的應(yīng)用已日趨成熟。多通道外置式探頭及實(shí)際檢測(cè)裝置如圖5所示。

圖5 多通道外置式探頭及實(shí)際檢測(cè)裝置

2.1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)及其局限性

采用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)鍋爐熱力管道外壁缺陷與內(nèi)壁缺陷時(shí)具有相同的靈敏度;管壁厚度與檢測(cè)信號(hào)相位近似成正比,缺陷易于分辨;受提離效應(yīng)影響很小,可以節(jié)省清潔時(shí)間;具有常規(guī)渦流檢測(cè)的非接觸與快速的優(yōu)點(diǎn)。

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)測(cè)試環(huán)境具有較好的適應(yīng)性,但由于鍋爐熱力管道中存在較多的彎頭及管板區(qū)域,這些區(qū)域?qū)h(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較大影響。此外,由于鍋爐熱力管道的特殊性,檢測(cè)人員很難到達(dá)被測(cè)管道位置,通常只能采用自動(dòng)爬行機(jī)器人代替人工進(jìn)行檢測(cè),而渦流檢測(cè)探頭移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲等會(huì)直接影響到結(jié)果的準(zhǔn)確性,這些都體現(xiàn)了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)的局限性。

從該技術(shù)在鍋爐熱力管道缺陷檢測(cè)的應(yīng)用及局限性來(lái)看,遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)主要需要解決以下問(wèn)題:① 提高遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)不同腐蝕缺陷的靈敏度。由于鍋爐熱力管道中的腐蝕類型較多,因此加強(qiáng)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流對(duì)不同腐蝕的檢測(cè)能力決定了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)在熱力管道缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用;② 研究降低檢測(cè)過(guò)程中支撐板及磁導(dǎo)率不均等干擾因素的方法。由于熱力管道的結(jié)構(gòu)及加工條件不同,部分管段的支撐結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生較大影響,降低甚至消除這些影響能極大提高遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)鍋爐熱力管道缺陷的檢測(cè)能力。

2.2 漏磁檢測(cè)技術(shù)

漏磁檢測(cè)技術(shù)是建立在鐵磁性材料的高磁導(dǎo)性這一特性之上的[20],鍋爐熱力管道均采用鐵磁性材料,且管壁相對(duì)較薄,很適合采用漏磁檢測(cè)方法進(jìn)行缺陷掃查,原理如圖6所示,鐵磁性材料被磁化后,若試件表面或近表面存在缺陷,會(huì)在其表面形成漏磁場(chǎng),利用檢測(cè)探頭產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào),并經(jīng)過(guò)濾波、放大及軟件分析處理后即可得到缺陷的信息。

圖6 漏磁檢測(cè)技術(shù)原理

2.2.1 研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)70年代開(kāi)始,漏磁檢測(cè)就廣泛應(yīng)用于各種管道及板材的檢測(cè)中[21],1965年,美國(guó)Tubecope Vetco國(guó)際公司采用漏磁檢測(cè)裝置Linalog首次進(jìn)行了管內(nèi)檢測(cè),開(kāi)發(fā)了Wellcheck井口探測(cè)系統(tǒng),能可靠地探測(cè)到管材內(nèi)外徑上的腐蝕坑、橫向傷痕和其他類型的缺陷[22]。

80年代后國(guó)內(nèi)也開(kāi)始了關(guān)于漏磁檢測(cè)技術(shù)的研究,并開(kāi)始應(yīng)用于鍋爐管道的檢測(cè)中。2005年,華中科技大學(xué)宋小春等[23－24]采用了漏磁檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)鍋爐水冷壁管內(nèi)外缺陷,并成功研制了一套無(wú)損檢測(cè)設(shè)備,水冷壁管漏磁檢測(cè)機(jī)器人試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖7所示。張海兵等[25]利用虛擬儀器等設(shè)備搭建了漏磁檢測(cè)系統(tǒng)及漏磁信號(hào)采集與分析平臺(tái),并成功驗(yàn)證了漏磁檢測(cè)技術(shù)對(duì)于鍋爐熱力管道缺陷檢測(cè)的適用性。天津機(jī)械研究所的張重陽(yáng)等[26]利用漏磁檢測(cè)技術(shù)對(duì)鍋爐的水冷壁管件進(jìn)行了檢測(cè)分析,成功獲取了實(shí)際缺陷信號(hào)。近年來(lái),隨著我國(guó)對(duì)漏磁檢測(cè)的深入研究,漏磁檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

圖7 水冷壁管漏磁檢測(cè)機(jī)器人試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

2.2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)及其局限性

由于漏磁檢測(cè)技術(shù)的性質(zhì),將漏磁檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于鍋爐熱力管道缺陷檢測(cè)中有如下優(yōu)點(diǎn):探頭與管道表面無(wú)需接觸,探頭與鋼管外表面之間的間隙變化對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響很小;被檢鋼管內(nèi)外表面的缺陷檢測(cè)靈敏度相同;對(duì)鋼管均勻減薄、漸變減薄都有較高的檢測(cè)靈敏度;探頭檢測(cè)速度對(duì)檢測(cè)結(jié)果無(wú)必然影響;鋼管內(nèi)介質(zhì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果無(wú)影響;可以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)對(duì)缺陷進(jìn)行定位、定量和定性。

漏磁檢測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,與其成本低、無(wú)需耦合、對(duì)檢測(cè)環(huán)境要求較低,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)[27－28]等優(yōu)點(diǎn)分不開(kāi),但是鍋爐熱力管道外壁通常存在各種涂層及灰塵堆積,以及管道表面的粗糙度均會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的精確度,其中熱力管道普遍存在的氧化皮及鐵銹等雜物還會(huì)產(chǎn)生偽信號(hào)[29],從而影響檢測(cè)結(jié)果。由于熱力管道的復(fù)雜性,若是采用漏磁檢測(cè)技術(shù),必須研制出可以沿管壁爬行的檢測(cè)設(shè)備,這使得檢測(cè)要求進(jìn)一步提高,增加了檢測(cè)的難度。此外,鍋爐熱力管道中的彎頭及管板區(qū)域也會(huì)使得檢測(cè)精度進(jìn)一步下降,這些因素均會(huì)影響其在鍋爐熱力管道上的檢測(cè)能力。

2.3 電磁超聲檢測(cè)技術(shù)

電磁超聲檢測(cè)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展的無(wú)損檢測(cè)方法,同樣適用于檢測(cè)上述鍋爐熱力管道缺陷,電磁超聲檢測(cè)原理如圖8所示,主要是通過(guò)在永磁場(chǎng)中的線圈在脈沖電壓的作用下產(chǎn)生電磁場(chǎng),繼而在被測(cè)管道表面感生出渦流,在洛侖茲力或磁致伸縮力的作用下使被測(cè)件內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng),再利用接收換能器接收質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng),將振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),通過(guò)分析電壓信號(hào)的波形即可完成檢測(cè)。

圖8 電磁超聲檢測(cè)原理

2.3.1 研究現(xiàn)狀

在20世紀(jì)初,國(guó)外已有對(duì)于電磁超聲檢測(cè)技術(shù)的研究。JAFARI等[30]首次提出了電磁超聲換能器驅(qū)動(dòng)方程,并將其應(yīng)用于磁和聲場(chǎng)方程的磁矢勢(shì)和聲波質(zhì)點(diǎn)位移矢量計(jì)算推導(dǎo),隨后眾多學(xué)者對(duì)各種金屬材料進(jìn)行了大量的超聲試驗(yàn)研究[31－32]。后來(lái)逐漸將電磁超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于鍋爐管道的缺陷檢測(cè)中,GORI等[33]率先對(duì)電磁超聲技術(shù)在鍋爐換熱管道缺陷檢測(cè)適用性進(jìn)行了分析,并對(duì)實(shí)際管道進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得到了一定成果。

國(guó)內(nèi)對(duì)于此技術(shù)的相關(guān)研究起步較晚,華中科技大學(xué)的尚艷偉等[34]將漏磁檢測(cè)技術(shù)與電磁超聲檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合,研制了一套針對(duì)鍋爐水冷壁管缺陷檢測(cè)裝置,并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析;丘國(guó)平等[35]研究了利用電磁超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)電站鍋爐水冷壁的缺陷進(jìn)行了實(shí)際檢測(cè),能夠準(zhǔn)確獲得管道的缺陷信號(hào)。

2.3.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)及其局限性

電磁超聲技術(shù)具有不需要耦合劑、耐高溫、非接觸的優(yōu)點(diǎn),使其可以在多種惡劣環(huán)境下工作,且其對(duì)被測(cè)件表面要求不高,適用于表面狀況較為復(fù)雜的鍋爐熱力管道,可實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷管道進(jìn)行長(zhǎng)距離或環(huán)境較復(fù)雜(如高溫、含包覆層等)的區(qū)域[36]的檢測(cè)。與遠(yuǎn)場(chǎng)渦流和漏磁檢測(cè)技術(shù)不同的是,電磁超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)不需要探頭的移動(dòng)即可對(duì)一段較長(zhǎng)距離的管道進(jìn)行檢測(cè),這個(gè)特性使得對(duì)某些檢測(cè)人員無(wú)法到達(dá)部位的檢測(cè)更為便捷。

但該技術(shù)目前還存在信噪比差、轉(zhuǎn)換效率低[37]等缺點(diǎn),在針對(duì)熱力管道缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)容易受到外部磁場(chǎng)及噪聲干擾,影響了檢測(cè)的準(zhǔn)確性,這些因素限制了其對(duì)鍋爐熱力管道等其他復(fù)雜環(huán)境下的管道檢測(cè)能力。

3 存在問(wèn)題及前景展望

(1)燃煤鍋爐不同熱力管道的運(yùn)行環(huán)境不同,介質(zhì)也不同,所形成的管道缺陷也不同,影響檢測(cè)準(zhǔn)確性的因素也不同,辨別管道缺陷與管壁氧化皮及鐵銹等雜物的區(qū)別對(duì)提高檢測(cè)精度有重要的作用。

(2)鍋爐熱力管道存在大量彎頭及管板區(qū)域,如何精確檢測(cè)這些部位的缺陷需要進(jìn)行深入的研究。

(3)由于鍋爐構(gòu)造的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性,為確保檢測(cè)人員的安全及便捷,需要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化,且目前對(duì)于鍋爐管道的缺陷檢測(cè)只能在鍋爐停機(jī)維護(hù)時(shí)進(jìn)行,無(wú)法實(shí)時(shí)對(duì)管道進(jìn)行監(jiān)測(cè),研制針對(duì)鍋爐熱力管道的在線檢測(cè)系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道損傷,大幅降低事故發(fā)生幾率。

(4)目前的缺陷檢測(cè)技術(shù)通常只能分析出缺陷存在與否和其種類,而對(duì)缺陷的量化及成像則仍是一大難題,將缺陷以直觀的方式顯示出來(lái),可以更好地對(duì)出現(xiàn)缺陷的管段進(jìn)行維護(hù)或更換。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)不需與被測(cè)件接觸,無(wú)需對(duì)被測(cè)管道表面進(jìn)行處理,較易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,但需要將檢測(cè)探頭置入管道內(nèi)部,由于熱力管道性質(zhì),部分管段無(wú)法進(jìn)行檢測(cè),且檢測(cè)結(jié)果易被探頭移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲影響。

(2)漏磁檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)效率較高,較易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,但對(duì)被測(cè)件表面狀況要求較高,需要對(duì)表面進(jìn)行預(yù)處理,并由于其磁化裝置較大,針對(duì)結(jié)構(gòu)緊密的鍋爐熱力管道可能存在局限性。

(3)電磁超聲檢測(cè)技術(shù)無(wú)需耦合劑、非接觸、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),適用于長(zhǎng)距離的管道檢測(cè),但外部磁場(chǎng)及噪聲易影響其試驗(yàn)結(jié)果,信噪比差,電磁超聲換能器轉(zhuǎn)換效率低。

針對(duì)鍋爐熱力管道缺陷的檢測(cè)目前還存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)是:① 檢測(cè)精度的提高以及對(duì)雜質(zhì)的分辨;②自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制;③對(duì)缺陷的量化及成像。

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Defect Detection Technology of Thermal Pipeline in Coal Fired Boiler

CHEN Shen-qian1,2,HUANG Song-ling2,ZHAO Wei2,REN Jian-xin1
(1.College of Energy and Mechanical Engineering,Shanghai University of Electric Power,Shanghai 200090,China; 2.State Key Laboratory of Power Systems,Deptartmet of Electrical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

As one of the three main units of coal-fired power plant,the stable operation of the boiler affects the safety of the whole coal-fired power plant directly,and the safety of the thermal pipeline is the most important, where accidents occur frequently.This paper introducesforming mechanism and harm of the three kinds of the defects which are common in the thermal pipeline:water wall sulfur corrosion,superheater and reheater corrosion, economizeroxygen corrosion.Also introduced in the paper are the technique principle,research results,advantages and disadvantages of the detection technology which can be used to detect these defects emphatically like the far field eddy current testing technology,leakage magnetic detection technology and the electromagnetic ultrasonic testing.

Nondestructive testing;Electromagnetic ultrasonic;Pipeline defect;Thermal pipeline;Coal fired boiler

TG115.28

:A

:1000-6656(2017)01-0042-06

10.11973/wsjc201701011

2016-04-20

上海市科委能力建設(shè)計(jì)劃資助項(xiàng)目(15110501000)

陳申乾(1992－),男,碩士研究生,主要研究方向?yàn)殡姀S無(wú)損檢測(cè)。

黃松嶺,E-mail:huangsling＠tsinghua.edu.cn。