脈沖渦流技術在CFB鍋爐檢測中的應用

(中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司，浙江 寧波 315207)

CFB(循環流化床)鍋爐具有燃料適應性廣、燃燒效率高、負荷調節幅度大、可在床內直接脫硫、實現低NOx排放、燃料制備系統簡單及易于實現灰渣綜合利用等眾多優點，在生產用汽、供熱、熱電聯產及電站鍋爐中被廣泛采用。然而，CFB鍋爐爐內水冷壁受高濃度床料沖刷、磨損，導致水冷壁管壁減薄、造成泄漏或爆管事件頻繁發生[1]，不僅縮短了鍋爐連續運行周期，造成機組利用率低，且運行維護費用增大。因此，對水冷壁高覆蓋率、高效率的“體檢”必不可少。在實踐中，脈沖渦流精掃技術能快速、準確定位缺陷部位，及時排除隱患，為裝置的安全生產提供了保障。

1 原 理

在探頭加載瞬間關斷電流，激勵線圈會激勵出快速衰減的脈沖磁場，脈沖磁場就會在管道中產生脈沖渦流。渦流會產生二次磁場，如果管道上有缺陷，則會影響加載管道上脈沖渦流狀況，繼而影響接收傳感器上的感應電壓。感應電壓中含有被測試件的電導率、磁導率及形狀尺寸等綜合信息。脈沖渦流技術可以通過解析電信號，判斷試件的壁厚、缺陷等信息。圖1為脈沖渦流技術原理示意。

圖1 脈沖渦流原理示意

2 優缺點對比

目前，在鍋爐壓力容器檢測中常見的無損檢測技術有超聲導波、超聲波測厚、磁粉探傷、放射檢測及滲透檢測等[2-4]部分，檢測方法的優缺點對比見表1。

表1 常用檢測方法的優缺點對比

通過上述對比分析可知，超聲導波、超聲波測厚、磁粉探傷、放射檢測及滲透檢測這幾種方法檢測CFB鍋爐水冷壁缺陷均存在技術局限性，采用脈沖渦流檢測技術檢測CFB鍋爐水冷壁缺陷更具優勢。該技術覆蓋面廣、檢測效率高、不受焊縫及被測物件表面狀態影響，與超聲波測厚儀協同檢測，其應用效果更優于其他檢測技術。

3 應用情況

3.1 案例一

2018年12月，某廠CFB鍋爐發生爆管，其運行參數為：額定蒸發量410 t/h、額定蒸汽壓力 12.7 MPa、額定蒸汽溫度540 ℃。爆管位置在鍋爐偏上部角落，圖2左墻左側部位為爆管區域。對爆管位置周圍水冷壁管進行抽檢，共計93處，其中，爆管位置左側墻體45處，右側墻體48處，結果發現：減薄率(減薄率=最小減薄量/設計壁厚)超過30%的位置3處，采用紅色條形標記；減薄率為20%～30%的位置23處，采用藍色條形標記;其他管件無明顯問題，采用黑色條形標記。

圖2 CFB鍋爐水冷壁管抽檢情況

脈沖渦流技術對發現問題過程進行詳細描述：

(1)脈沖渦流傳感器沿圖3左側CFB鍋爐爐膛內部左墻第27根水冷壁位置，垂直水冷器外壁由上至下(紅色箭頭方向)進行掃查，得到右側脈沖渦流掃查圖片，從圖中可以看出，紅色畫圈部位有明顯凹坑，在脈沖渦流圖最低點2.95 mm對應的現場水冷壁位置進行超聲波測厚，最小壁厚為3.10 mm，與設計壁厚5 mm相比減薄率達38%，減薄部位處于焊縫處打磨區域，用手觸摸可以明顯感覺到凹坑存在。

(2)對CFB鍋爐爐膛內部右墻第2根水冷壁管由上至下掃查，經脈沖渦流掃查圖發現明顯減薄，顯深溝狀，與左墻第27根水冷壁管相比，該凹坑更深，腐蝕更為嚴重，最終，經超聲波測厚儀得到最小壁厚值為2.47 mm，與設計壁厚5 mm相比，減薄率高達50.6%。

圖3 左墻第27根水冷壁焊縫區域現場照片及對應掃查譜圖

圖4 右墻第二根水冷壁焊縫區域現場照片及對應掃查譜圖

3.2 案例二

防磨梁是解決水冷壁磨損問題的最有效措施[5]，但實際應用中發現防磨梁附近常會出現爆管問題，如圖5所示。左側圖為某熱電公司現場爆管照片，位于由下至上第五道防磨梁上部角落處，因此使用超聲導波等其他檢測儀器時，檢測效率會大大降低，而脈沖渦流這項檢測技術可有效避開障礙物進行掃查,找出最嚴重部位，查看腐蝕趨勢。圖6為水冷壁管束防磨梁上下方脈沖渦流掃查譜圖，可以看出防磨梁下方水冷壁管壁厚值普遍比上方水冷壁管壁厚薄，經超聲波測厚儀驗證，壁厚值相差大約1.5 mm，不僅效率顯著，適于用搶修，還能更好的為分析腐蝕原因提供可靠依據。

圖5 某熱電公司水冷壁爆管現場

循環流化床鍋爐爐膛中存在大量由固體顆粒構成的床料，這些熾熱的固體顆粒可以是沙子、礫石、石灰石及煤灰，因此，水冷壁表面附著較多灰塵。脈沖渦流精確掃查技術采用電磁技術，磁傳感器可提離被測物件一段距離(提離高度不大于5 cm)，對成像基本無影響，大大提高了檢測效率(見圖7)。

圖6 防磨梁區域現場照片及防磨梁上方

圖7 帶有灰塵的水冷壁管現場照片及對應掃查譜圖

4 結 論

(1)脈沖渦流精確掃查采用電磁技術，為高效率的面掃查，有效避免漏檢，磁傳感器可提離被測物件一段距離，因此CFB鍋爐水冷壁的表面粉塵對掃查檢測的結果無影響。通過脈沖渦流掃查譜圖能反映出現場缺陷位置、缺陷深度及區域范圍，該技術很適合CFB爐膛內水冷壁缺陷檢測所處的復雜環境。

(2)CFB鍋爐的物料容易在爐膛內水冷壁表面薄弱位置(如底部彎管、防磨梁上下、水冷壁管束焊縫前后)沉集形成粉塵顆粒，造成磨損腐蝕。從鍋爐爐膛內水冷壁爆管位置以及檢測焊縫附近的壁厚減薄情況看，該部位損傷符合磨損腐蝕的特征。

(3)脈沖渦流檢測效率高，探頭使用靈活，適用于內部環境復雜的裝置搶修檢測，且能夠在后期對水冷壁整體腐蝕趨勢分析提供可靠的數據。