一種起重機械金屬結(jié)構腐蝕初期紋裂監(jiān)控設備

廣東省特種設備檢測研究院汕頭檢測院 廣東 汕頭 515041

1 起重機械金屬結(jié)構腐蝕產(chǎn)生裂紋的原因

起重機械金屬結(jié)構經(jīng)常出現(xiàn)的腐蝕性問題,主要原因是金屬裸露在常溫之下,由于大氣當中的水分和其他氧化、污染物等長期對其進行化學、電解等作用而引起金屬發(fā)生化學、物理的變化。它直接在金屬的表面結(jié)構產(chǎn)生一層極薄的薄膜,這層薄膜一般是由水分直接產(chǎn)生或者由于大氣溫度的突然變化而生產(chǎn)的凝珠。這些薄膜中有溶于大氣中的各種污染物,加速了設備的導電性而影響腐蝕的速度。

機械金屬腐蝕的不斷發(fā)生就讓起重機械金屬結(jié)構在化學和物理作用下,失去原有的韌性和彈性。隨著環(huán)境的不斷變化和設備作業(yè)時不斷的承受壓力,金屬腐蝕和裂紋在不停的加深和作用,最終導致設備的嚴重損壞。

2 起重機械金屬腐蝕監(jiān)測技術

我國起重機械按照腐蝕的監(jiān)控方法可以分為兩大類:離線監(jiān)控和在線監(jiān)控。離線監(jiān)控是指通過特定監(jiān)控設備通過一定的循環(huán)周期對設備進行定期、重復的監(jiān)測,從中獲得其腐蝕情況。這種監(jiān)測方式主要是為了控制設備在運行過程中的危險性和突發(fā)的機械事故,按照每次所獲得的腐蝕數(shù)據(jù)進行分析,此種監(jiān)測方法有:超聲波監(jiān)測法、漏磁監(jiān)測法。在線監(jiān)控是指在不影響設備運行的條件下,對設備的各種腐蝕情況進行連續(xù)、長期、定時的監(jiān)測,這種監(jiān)測一般是利用監(jiān)測設備自動定時運行的。而一些大型金屬起重機械的在線監(jiān)測設備就是應對處于腐蝕環(huán)境當中,起重機械的鋼結(jié)構的腐蝕方案研發(fā)和應對的。

3 起重機械金屬腐蝕紋裂監(jiān)控方案

針對起重機械金屬腐蝕紋裂的監(jiān)控方案已經(jīng)發(fā)展了將近十幾年了,當前已經(jīng)逐漸形成了三種技術為主的監(jiān)控方案:交流電磁場檢測技術、電場特征檢測法(FSM)、預置監(jiān)測系統(tǒng)探頭在線監(jiān)測。筆者認為此三種方案的設備進行組合使用就可以獲得較為合理的在線實時監(jiān)控方法,下文針對三種方案進行分別闡述,并結(jié)合其檢測的特點進行分析其針對起重機械的監(jiān)控位置以及實時分析的方法。

3.1 交流電磁場檢測技術 交流電磁場檢測技術是一種新型的無損檢測和診斷技術,用于檢測金屬構件表面和近表面的裂紋缺陷,可以測量裂紋的長度和計算裂紋深度,具有非接觸測量、受工件表面影響小的特點。

交流電磁場檢測技術的原理是:通過一個通交變電流的特殊線圈(激勵線圈)靠近導體時,交變電流在周圍的空間中產(chǎn)生交變磁場,被測工件(導體)表面的感應電流由于集膚效應聚集于工件的表面。當工件中無缺陷時,感應電流線彼此平行,工件表面由于勻強磁場存在;若工件中有缺陷存在,由于電阻率的變化,勢必對電流分布產(chǎn)生影響,電流線在缺陷附近就會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),工件表面的磁場就會發(fā)生畸變。這個磁場的變化強弱,就能反映出裂紋的尺寸。

3.2 電場特征檢測法(FSM)

FSM(Field Signature Method)技術是一種新型無損檢測技術,這種方法主要用來檢測各種形式的腐蝕,也可檢測大多數(shù)的裂紋以及監(jiān)控腐蝕和裂紋的擴展。其原理是將探針或電極在待測區(qū)布置成陣列,然后測量通過金屬結(jié)構電場的微小變化,用測得的電壓值與初始設定的測量值進行比較,依此來檢測由于腐蝕等引起的金屬損失、裂紋、凹坑或凹槽。

主要原理:電機控制電路采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)對電機進行閉環(huán)控制,穩(wěn)定電機轉(zhuǎn)速。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,感應片上將產(chǎn)生幅值大小一定的感應電流信號,經(jīng)過I-V變換電路、放大和帶通濾波電路處理之后,輸出為單一頻率的正弦信號。相敏檢波電路的作用就是鑒別被測電場的極性,將正弦信號轉(zhuǎn)換為同一極性全波信號,最后經(jīng)過低通濾波電路取出直流分量送入數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng),并將該值代入已標定的輸出直流電壓信號幅值與被測電場強度特性曲線中,解算出被測電場強度的大小,并實時加以顯示,電源管理模塊為整個系統(tǒng)提供電源。

3.3 預置監(jiān)測系統(tǒng)探頭在線監(jiān)測 陰極保護技術作為控制海洋平臺水下鋼結(jié)構腐蝕的主要措施已被廣泛采用,陰極保護監(jiān)測系統(tǒng)則是陰極保護系統(tǒng)的重要組成部分。它通過不間斷地自動巡回測量平臺導管架不同部位的陰極保護系統(tǒng)主要運行參數(shù),及時提供平臺水下鋼結(jié)構陰極保護狀況的信息,節(jié)省檢測費用,對確保平臺結(jié)構的長期安全營運具有重要的意義,并為新平臺陰極保護系統(tǒng)經(jīng)濟、可靠、合理、安全的設計提供科學依據(jù)。

3.4 三種技術方案組合的監(jiān)控方案 在實際的起重機械管理使用過程中,對于起重機械金屬腐蝕紋裂等狀態(tài)是無法實時監(jiān)控的,特別是一些大型起重機械設備,一旦停機檢修有可能會讓整個港口的設備運轉(zhuǎn)停頓造成嚴重經(jīng)濟損失。因此實現(xiàn)在線實時監(jiān)控與定時停機監(jiān)控相互結(jié)合的方式,既能夠保證設備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn),也可能提升起重設備的穩(wěn)定性。

從上文所述的三種監(jiān)控技術設備當中,交流電磁場檢驗技術屬于停機檢驗方案,而電場特征檢測法(FSM)與監(jiān)測系統(tǒng)探頭的技術方案,可以通過設備實時收集起重機械的腐蝕紋裂數(shù)據(jù),形成一種在線實時監(jiān)控的方案。首先通過電場特征檢測技術和陰極保護監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)合,將各種監(jiān)控數(shù)據(jù)通過采集系統(tǒng)實時收集至集中數(shù)據(jù)庫當中,根據(jù)數(shù)據(jù)的變動進行分析,提供設備在運行過程中出現(xiàn)的各種實時變化的數(shù)據(jù),如裂紋增大、設備出現(xiàn)嚴重腐蝕等情況。這些關鍵數(shù)據(jù)的分析結(jié)果讓專家能夠更加方便的判斷出整個設備存在的問題,并及時提出更換設備、停機檢修等相應的解決方案。

結(jié)語

本文通過對起重機械的金屬結(jié)構腐蝕、紋裂情況,結(jié)合了當前市面上流行的監(jiān)控技術方案進行探討,提出三種方案結(jié)合在一起,形成一種起重機械設備的監(jiān)控設備的方案,使得起重設備能夠在更復雜的環(huán)境當中發(fā)揮更大的作用。