弱鐵磁性?shī)W氏體不銹鋼管內(nèi)氧化皮檢測(cè)技術(shù)

摘 要：【目的】為提高機(jī)組發(fā)電效率和加快發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟(jì)，超（超）臨界機(jī)組已經(jīng)逐漸成為國(guó)內(nèi)火力發(fā)電的主力機(jī)組。作為超（超）臨界機(jī)組的關(guān)鍵部件，鍋爐管大多采用奧氏體不銹鋼管制作。鍋爐管長(zhǎng)期在高溫高壓和蒸汽的環(huán)境下服役，管道內(nèi)壁因發(fā)生氧化而產(chǎn)生氧化皮。機(jī)組的啟停導(dǎo)致內(nèi)壁的氧化皮易發(fā)生脫落并堆積在管內(nèi)，當(dāng)氧化皮的堆積量達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)導(dǎo)致管道局部堵塞，從而引發(fā)爆管事故。然而，現(xiàn)場(chǎng)氧化皮的定量檢測(cè)一般采用磁性無(wú)損檢測(cè)方法，但冷加工和長(zhǎng)期老化等原因使得鍋爐管具有弱鐵磁性，導(dǎo)致現(xiàn)有的氧化皮磁性定量檢測(cè)方法的測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。【方法】針對(duì)弱鐵磁性?shī)W氏體不銹鋼管內(nèi)氧化皮堵塞量檢測(cè)的問(wèn)題，通過(guò)擴(kuò)大磁路的方式提出了一種新型磁性檢測(cè)方法。采用有限元模擬將現(xiàn)有磁性檢測(cè)方法與新型磁性檢測(cè)方法的仿真結(jié)果作對(duì)比，分析了現(xiàn)有磁性檢測(cè)方法無(wú)法應(yīng)用于弱鐵磁性鍋爐管內(nèi)氧化皮檢測(cè)的原因。【結(jié)果】對(duì)于現(xiàn)有磁性檢測(cè)方法，當(dāng)鍋爐管有弱鐵磁性時(shí)，氧化皮堵塞面積比的絕對(duì)誤差值范圍為１３８％ ～４７４％；對(duì)于新型磁性檢測(cè)方法，當(dāng)鍋爐管有弱鐵磁性時(shí)，氧化皮堵塞面積比的絕對(duì)誤差值范圍為３４％ ～６７％，新型磁性檢測(cè)方法絕對(duì)誤差值遠(yuǎn)小于現(xiàn)有磁性檢測(cè)方法，新型磁性檢測(cè)方法受管磁性影響較小，可適用于弱鐵磁性鍋爐管內(nèi)氧化皮的定量檢測(cè)。利用新型磁性檢測(cè)方法，通過(guò)不同壁厚標(biāo)準(zhǔn)試樣內(nèi)不同堵塞面積比氧化皮的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，建立了檢測(cè)信號(hào)值與不同壁厚標(biāo)準(zhǔn)試樣內(nèi)的不同氧化皮堵塞面積比之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證了上述仿真結(jié)果的正確性；通過(guò)對(duì)裝有不同堵塞面積比氧化皮的現(xiàn)場(chǎng)管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了標(biāo)定公式的正確性，并計(jì)算了新型磁性檢測(cè)方法的檢測(cè)誤差值。試樣標(biāo)定實(shí)驗(yàn)測(cè)得弱鐵磁性試樣內(nèi)氧化皮堵塞面積比的最大絕對(duì)誤差值范圍為１２％ ～５６％，最大絕對(duì)誤差值小于５６％，現(xiàn)場(chǎng)管實(shí)驗(yàn)測(cè)得弱鐵磁性試樣內(nèi)氧化皮堵塞面積比的最大絕對(duì)誤差值范圍為１５％ ～６４％，最大絕對(duì)誤差值小于６４％。【結(jié)論】新型磁性檢測(cè)方法受管壁磁性影響較小，誤差值滿(mǎn)足實(shí)際工程需要，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)弱鐵磁性?shī)W氏體不銹鋼管內(nèi)氧化皮堵塞量的無(wú)損檢測(cè)與評(píng)定。

關(guān) 鍵 詞：弱鐵磁性；奧氏體不銹鋼管；氧化皮；仿真；磁路；磁性檢測(cè)；有限元；無(wú)損檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＨ８７８；ＴＧ１１５ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 文章編號(hào)：１０００－１６４６（２０２５）０１－００７３－１０

為了提高發(fā)電效率和加快發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟(jì)，超（超）臨界機(jī)組已經(jīng)逐漸成為國(guó)內(nèi)火力發(fā)電的主力機(jī)組。作為超（超）臨界機(jī)組的關(guān)鍵部件，鍋爐管采用了耐高溫腐蝕、耐氧化的ＴＰ３０４Ｈ和ＴＰ３４７Ｈ等奧氏體不銹鋼［１－３］。然而，奧氏體不銹鋼管長(zhǎng)期在高溫高壓和蒸汽的環(huán)境下服役，管道內(nèi)壁會(huì)發(fā)生氧化而產(chǎn)生氧化皮，在鍋爐的啟停等操作下，內(nèi)壁的氧化皮容易發(fā)生脫落并堆積在鍋爐管內(nèi)。當(dāng)氧化皮的堆積量達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致管道局部堵塞和溫度過(guò)高，從而引發(fā)機(jī)組事故［４－１０］。因此，使用有效的無(wú)損檢測(cè)方法定期對(duì)管內(nèi)的氧化皮進(jìn)行定量檢測(cè)，對(duì)保障機(jī)組長(zhǎng)期安全運(yùn)行至關(guān)重要。

近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從未停止對(duì)氧化皮堵塞量檢測(cè)方法的研究。目前，常用的幾種無(wú)損檢測(cè)方法主要有射線檢測(cè)［１１－１２］、超聲檢測(cè)［１３－１４］、渦流檢測(cè)［１５－１７］以及磁性檢測(cè)［１８－２０］等，大多數(shù)學(xué)者主要的研究對(duì)象是非鐵磁性?shī)W氏體不銹鋼管內(nèi)的氧化皮。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，火力發(fā)電廠的鍋爐管一般為９０°彎管和Ｕ形管，由于這種管的管徑較小，在管內(nèi)超臨界水的沖刷作用下，脫落的氧化皮常堆積于彎管部位，而冷加工制作成的彎管有弱鐵磁性［２１－２２］。同時(shí)，奧氏體不銹鋼管長(zhǎng)期服役在高溫高壓的環(huán)境下，也使得鋼管具有一定程度的磁性［２３－２４］。在上述兩種情況下，鍋爐管產(chǎn)生的弱鐵磁性對(duì)現(xiàn)有的氧化皮磁性檢測(cè)方法影響較大，導(dǎo)致檢測(cè)精度降低。

本文通過(guò)擴(kuò)大磁路的方式，提出了一種新型氧化皮堵塞量的磁性檢測(cè)方法，采用有限元模擬將傳統(tǒng)磁性檢測(cè)方法和新型磁性檢測(cè)方法進(jìn)行了對(duì)比，證明了用新型磁性檢測(cè)方法檢測(cè)弱鐵磁性?shī)W氏體不銹鋼管內(nèi)的氧化皮是可行的，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)不同壁厚管內(nèi)的氧化皮堵塞面積比進(jìn)行了標(biāo)定，建立檢測(cè)信號(hào)值和氧化皮堵塞面積比之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)弱鐵磁性鍋爐內(nèi)氧化皮堵塞量的無(wú)損檢測(cè)與評(píng)定。