李贊 沈英杰

摘要：超臨界鍋爐高溫管屏的管道數(shù)目極多，管道布置也很復(fù)雜。到目前為止還沒(méi)有一套對(duì)鍋爐高溫管內(nèi)氧化皮堵塞進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)的裝置和方法。不少電廠(chǎng)采取了“逢停必查”“有疑必割管換管”的被動(dòng)方法，這樣給電廠(chǎng)帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)損失，也給電網(wǎng)安全穩(wěn)定性帶來(lái)了威脅。目前，人們進(jìn)行氧化皮檢測(cè)，常用的方法包括超聲波檢測(cè)法、射線(xiàn)照相法等。這些方法雖然在一定程度上能夠檢測(cè)到鍋爐受熱面堵塞的問(wèn)題，但是存在工作量大，檢修耗時(shí)長(zhǎng)，易返工，重復(fù)性差等缺點(diǎn)。因此開(kāi)發(fā)出一種操作簡(jiǎn)單，快捷高效的氧化皮在線(xiàn)檢測(cè)裝置對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行將具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：超臨界;鍋爐;高溫受熱

1. 無(wú)損檢測(cè)的原理

無(wú)損檢測(cè)是指以不損害檢測(cè)對(duì)象的使用性能和不影響檢測(cè)對(duì)象的狀態(tài)為前提，對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)檢測(cè)以及質(zhì)量控制的檢測(cè)方法。隨著火電機(jī)組延壽工作的開(kāi)展，鍋爐管道無(wú)損檢測(cè)在確保設(shè)備安全運(yùn)行方面將起著更大的作用。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)將會(huì)向著完全自動(dòng)化方向發(fā)展。超臨界鍋爐高溫受熱面管內(nèi)氧化皮無(wú)損檢測(cè)的目的是通過(guò)檢測(cè)管內(nèi)氧化皮生成與剝落狀況，定量分析氧化皮厚度與強(qiáng)度的關(guān)系，并對(duì)檢測(cè)到氧化皮過(guò)多或堵管的管段進(jìn)行換管，以保證電站鍋爐的安全運(yùn)行。

2. 常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

鍋爐受熱面管內(nèi)氧化皮常用的無(wú)損檢測(cè)方法是有超聲波和射線(xiàn)照相法。

2.1 超聲波檢測(cè)

2.1.1 基本原理

超聲波檢測(cè)是在試件上引入超聲波能量束并檢測(cè)試件內(nèi)缺陷對(duì)能量的干擾。聲波穿過(guò)試件時(shí)會(huì)產(chǎn)生能量衰減并在分界面上發(fā)生反射。然后對(duì)反射波束進(jìn)行分析，進(jìn)而評(píng)估是否存在缺陷以及缺陷的形態(tài)和位置等。

超聲波檢測(cè)主要應(yīng)用于檢測(cè)各種材料特性和狀態(tài)，適用于試件表面和內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。試件必須具有傳播超聲波能量并具有引入和檢測(cè)反射、透射、散射聲波能量的幾何結(jié)構(gòu)。

2.1.2 超聲波檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)

與其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比，超聲檢測(cè)具有檢測(cè)深度大范圍廣，定位準(zhǔn)，靈敏度高，效率高成本低，操作簡(jiǎn)單，對(duì)身體無(wú)害等特點(diǎn)。

2.2 射線(xiàn)拍片法

2.2.1 基本原理

射線(xiàn)拍片是指用X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)和中子對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行透視拍片并以膠片作為記錄載體的一種無(wú)損檢測(cè)方法。由于高溫受熱面管和其所生成的氧化皮對(duì)X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)的感光特性和吸收能力不同，即透過(guò)有氧化皮部位的射線(xiàn)強(qiáng)度與無(wú)氧化皮部位的射線(xiàn)強(qiáng)度不同，氧化皮對(duì)射線(xiàn)的吸收能力大大低于金屬對(duì)射線(xiàn)的吸收能力，當(dāng)X射線(xiàn)透過(guò)受熱面管時(shí)，在射線(xiàn)感光的膠片上往往形成不同黑度的圖像。

通過(guò)觀(guān)察記錄（感光）在射線(xiàn)照相膠片（底片）上的有關(guān)X射線(xiàn)或γ射線(xiàn)在兩種物質(zhì)中發(fā)生的衰減變化，來(lái)判定受熱面管內(nèi)部是否存在氧化皮，從而在不破壞或不損害受熱面的情況下，評(píng)估其質(zhì)量和壽命狀況，做出合理的處置方式來(lái)避免管道超溫爆管。

2.2.2 射線(xiàn)拍片法的優(yōu)缺點(diǎn)

射線(xiàn)拍片技術(shù)檢測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)有：應(yīng)用廣泛、準(zhǔn)確性高。缺點(diǎn)為：射線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備不易攜帶;對(duì)工作環(huán)境要求高，檢測(cè)時(shí)周?chē)藛T必須全部撤離現(xiàn)場(chǎng);對(duì)人體傷害大;操作復(fù)雜，速度慢，需要較多的時(shí)間;檢測(cè)成本高;容易漏檢誤判。

3. 氧化皮堵塞在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)

3.1 氧化皮堵塞在線(xiàn)檢測(cè)裝置的構(gòu)成

數(shù)據(jù)采集器還連接有管壁溫度監(jiān)測(cè)模塊和管壁溫變化趨勢(shì)監(jiān)測(cè)模塊。管壁溫度監(jiān)測(cè)模塊連接顯示器，可顯示高溫管道壁溫?cái)?shù)據(jù)同時(shí)兼有超溫報(bào)警的功能。管壁溫變化趨勢(shì)監(jiān)測(cè)模塊連接顯示器，可顯示壁溫變化的趨勢(shì)數(shù)據(jù)同時(shí)兼有趨勢(shì)報(bào)警的功能。另外，數(shù)據(jù)采集器還設(shè)置有通訊接口，可以通過(guò)通訊接口與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，數(shù)據(jù)采集器采用單片機(jī)AT89C51，單片機(jī)帶有儲(chǔ)存器，將采集到的溫度數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于儲(chǔ)存器中。

預(yù)警控制器，由溫度偏差模塊和壁溫變化率模塊構(gòu)成，這兩個(gè)模塊將數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)傳遞過(guò)來(lái)的管壁溫差及溫度變化率的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯計(jì)算，做出超臨界鍋爐高溫管內(nèi)是否發(fā)生氧化皮堵塞的判斷，從而決定是否向報(bào)警設(shè)備發(fā)出報(bào)警指令。

3.2 氧化皮堵塞在線(xiàn)檢測(cè)裝置的原理

超臨界鍋爐高溫管內(nèi)氧化皮堵塞在線(xiàn)檢測(cè)裝置的工作原理如下：將各個(gè)溫度傳感器布置在鍋爐各管屏靠近出口集箱附近的各高溫管道上，并對(duì)設(shè)有溫度傳感器的管道位置進(jìn)行編號(hào)，各個(gè)溫度傳感器將鍋爐高溫管道的壁溫轉(zhuǎn)變成電信號(hào)傳遞至數(shù)據(jù)采集器;數(shù)據(jù)采集器將溫度數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、并發(fā)送給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)把管壁溫差及溫度變化率的數(shù)據(jù)傳給預(yù)警控制器;根據(jù)超臨界鍋爐管壁溫度與管內(nèi)氧化皮堵塞存在強(qiáng)烈的耦合關(guān)系，預(yù)警控制器通過(guò)溫度偏差模塊和溫度變化率模塊與預(yù)先在其內(nèi)設(shè)定好的關(guān)于氧化皮堵塞的參數(shù)進(jìn)行邏輯計(jì)算，做出堵塞是否發(fā)生的判斷，再根據(jù)這種判斷決定是否給出氧化皮堵塞信號(hào)，若沒(méi)有氧化皮發(fā)生堵塞，則顯示正常壁溫及其變化趨勢(shì)，若有氧化皮堵塞，則預(yù)警控制器將氧化皮堵塞信號(hào)傳遞給報(bào)警設(shè)備，報(bào)警設(shè)備的二極管亮紅燈，蜂鳴器鳴笛，同時(shí)PC主機(jī)的顯示屏上顯示堵塞的管道編號(hào)、管壁溫度及變化趨勢(shì)，并在鍋爐高溫管道上找到相同編號(hào)的所在位置，該位置即是發(fā)生氧化皮堵塞的位置。由此實(shí)現(xiàn)了超臨界鍋爐高溫管道內(nèi)氧化皮堵塞的快速在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與預(yù)警。

3.3 氧化皮堵塞在線(xiàn)檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)

一是該檢測(cè)方法能準(zhǔn)確快捷地檢測(cè)出氧化皮堵塞管道的具體部位，從而為及時(shí)消除氧化皮堵塞贏(yíng)得了時(shí)間，有效地防止了鍋爐由此而出現(xiàn)超溫爆管事故，大大地提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。二是該檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)單，且與鍋爐啟動(dòng)、運(yùn)行、停爐同步進(jìn)行，數(shù)據(jù)與機(jī)組相關(guān)參數(shù)在線(xiàn)連接，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)并行處理技術(shù)，實(shí)時(shí)性好。三是該檢測(cè)方法可以通過(guò)通訊接口與其他設(shè)備進(jìn)行高溫管壁溫度及其變化趨勢(shì)數(shù)據(jù)傳遞。四是該檢測(cè)方法還兼有高溫管壁溫度及其變化趨勢(shì)實(shí)時(shí)顯示及報(bào)警功能。

4. 結(jié)論

合理有效的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是確保鍋爐安全運(yùn)行的重要的手段。隨著越來(lái)越多的超臨界機(jī)組的投產(chǎn)運(yùn)行，必然對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的要求越來(lái)越高。因此，在保證完善傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)一些新的無(wú)損檢測(cè)方法，具有非常重要的意義。根據(jù)超臨界鍋爐管壁溫度與管內(nèi)氧化皮堵塞存在強(qiáng)烈的耦合關(guān)系，提出的氧化皮檢測(cè)一種全新的方法，為今后開(kāi)發(fā)出適應(yīng)電廠(chǎng)實(shí)際的、便捷的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及裝置打下了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。

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