超臨界鍋爐高溫受熱面管內氧化皮無損檢測技術

李贊 沈英杰

摘要：超臨界鍋爐高溫管屏的管道數目極多，管道布置也很復雜。到目前為止還沒有一套對鍋爐高溫管內氧化皮堵塞進行在線檢測的裝置和方法。不少電廠采取了“逢停必查”“有疑必割管換管”的被動方法，這樣給電廠帶來了巨大經濟損失，也給電網安全穩定性帶來了威脅。目前，人們進行氧化皮檢測，常用的方法包括超聲波檢測法、射線照相法等。這些方法雖然在一定程度上能夠檢測到鍋爐受熱面堵塞的問題，但是存在工作量大，檢修耗時長，易返工，重復性差等缺點。因此開發出一種操作簡單，快捷高效的氧化皮在線檢測裝置對鍋爐的安全運行將具有十分重要的意義。

關鍵詞：超臨界;鍋爐;高溫受熱

1. 無損檢測的原理

無損檢測是指以不損害檢測對象的使用性能和不影響檢測對象的狀態為前提，對檢測對象進行靜態或動態檢測以及質量控制的檢測方法。隨著火電機組延壽工作的開展，鍋爐管道無損檢測在確保設備安全運行方面將起著更大的作用。無損檢測技術將會向著完全自動化方向發展。超臨界鍋爐高溫受熱面管內氧化皮無損檢測的目的是通過檢測管內氧化皮生成與剝落狀況，定量分析氧化皮厚度與強度的關系，并對檢測到氧化皮過多或堵管的管段進行換管，以保證電站鍋爐的安全運行。

2. 常用的無損檢測技術

鍋爐受熱面管內氧化皮常用的無損檢測方法是有超聲波和射線照相法。

2.1 超聲波檢測

2.1.1 基本原理

超聲波檢測是在試件上引入超聲波能量束并檢測試件內缺陷對能量的干擾。聲波穿過試件時會產生能量衰減并在分界面上發生反射。然后對反射波束進行分析，進而評估是否存在缺陷以及缺陷的形態和位置等。

超聲波檢測主要應用于檢測各種材料特性和狀態，適用于試件表面和內部缺陷的檢測。試件必須具有傳播超聲波能量并具有引入和檢測反射、透射、散射聲波能量的幾何結構。

2.1.2 超聲波檢測的優缺點

與其他無損檢測技術相比，超聲檢測具有檢測深度大范圍廣，定位準，靈敏度高，效率高成本低，操作簡單，對身體無害等特點。

2.2 射線拍片法

2.2.1 基本原理

射線拍片是指用X射線、γ射線和中子對被檢測對象進行透視拍片并以膠片作為記錄載體的一種無損檢測方法。由于高溫受熱面管和其所生成的氧化皮對X射線和γ射線的感光特性和吸收能力不同，即透過有氧化皮部位的射線強度與無氧化皮部位的射線強度不同，氧化皮對射線的吸收能力大大低于金屬對射線的吸收能力，當X射線透過受熱面管時，在射線感光的膠片上往往形成不同黑度的圖像。

通過觀察記錄（感光）在射線照相膠片（底片）上的有關X射線或γ射線在兩種物質中發生的衰減變化，來判定受熱面管內部是否存在氧化皮，從而在不破壞或不損害受熱面的情況下，評估其質量和壽命狀況，做出合理的處置方式來避免管道超溫爆管。

2.2.2 射線拍片法的優缺點

射線拍片技術檢測法的優點有：應用廣泛、準確性高。缺點為：射線檢測設備不易攜帶;對工作環境要求高，檢測時周圍人員必須全部撤離現場;對人體傷害大;操作復雜，速度慢，需要較多的時間;檢測成本高;容易漏檢誤判。

3. 氧化皮堵塞在線檢測技術

3.1 氧化皮堵塞在線檢測裝置的構成

數據采集器還連接有管壁溫度監測模塊和管壁溫變化趨勢監測模塊。管壁溫度監測模塊連接顯示器，可顯示高溫管道壁溫數據同時兼有超溫報警的功能。管壁溫變化趨勢監測模塊連接顯示器，可顯示壁溫變化的趨勢數據同時兼有趨勢報警的功能。另外，數據采集器還設置有通訊接口，可以通過通訊接口與其他設備進行數據的傳遞，數據采集器采用單片機AT89C51，單片機帶有儲存器，將采集到的溫度數據儲存于儲存器中。

預警控制器，由溫度偏差模塊和壁溫變化率模塊構成，這兩個模塊將數據分析系統傳遞過來的管壁溫差及溫度變化率的數據進行邏輯計算，做出超臨界鍋爐高溫管內是否發生氧化皮堵塞的判斷，從而決定是否向報警設備發出報警指令。

3.2 氧化皮堵塞在線檢測裝置的原理

超臨界鍋爐高溫管內氧化皮堵塞在線檢測裝置的工作原理如下：將各個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，并對設有溫度傳感器的管道位置進行編號，各個溫度傳感器將鍋爐高溫管道的壁溫轉變成電信號傳遞至數據采集器;數據采集器將溫度數據儲存、并發送給數據分析系統，數據分析系統把管壁溫差及溫度變化率的數據傳給預警控制器;根據超臨界鍋爐管壁溫度與管內氧化皮堵塞存在強烈的耦合關系，預警控制器通過溫度偏差模塊和溫度變化率模塊與預先在其內設定好的關于氧化皮堵塞的參數進行邏輯計算，做出堵塞是否發生的判斷，再根據這種判斷決定是否給出氧化皮堵塞信號，若沒有氧化皮發生堵塞，則顯示正常壁溫及其變化趨勢，若有氧化皮堵塞，則預警控制器將氧化皮堵塞信號傳遞給報警設備，報警設備的二極管亮紅燈，蜂鳴器鳴笛，同時PC主機的顯示屏上顯示堵塞的管道編號、管壁溫度及變化趨勢，并在鍋爐高溫管道上找到相同編號的所在位置，該位置即是發生氧化皮堵塞的位置。由此實現了超臨界鍋爐高溫管道內氧化皮堵塞的快速在線監測與預警。

3.3 氧化皮堵塞在線檢測方法的優點

一是該檢測方法能準確快捷地檢測出氧化皮堵塞管道的具體部位，從而為及時消除氧化皮堵塞贏得了時間，有效地防止了鍋爐由此而出現超溫爆管事故，大大地提高了機組運行的安全性和經濟性。二是該檢測方法操作簡單，且與鍋爐啟動、運行、停爐同步進行，數據與機組相關參數在線連接，同時結合計算機并行處理技術，實時性好。三是該檢測方法可以通過通訊接口與其他設備進行高溫管壁溫度及其變化趨勢數據傳遞。四是該檢測方法還兼有高溫管壁溫度及其變化趨勢實時顯示及報警功能。

4. 結論

合理有效的無損檢測技術是確保鍋爐安全運行的重要的手段。隨著越來越多的超臨界機組的投產運行，必然對無損檢測技術的要求越來越高。因此，在保證完善傳統方法的基礎上，有針對性地開發一些新的無損檢測方法，具有非常重要的意義。根據超臨界鍋爐管壁溫度與管內氧化皮堵塞存在強烈的耦合關系，提出的氧化皮檢測一種全新的方法，為今后開發出適應電廠實際的、便捷的無損檢測技術及裝置打下了堅實的科學基礎。

參考文獻

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