超临界锅炉高温受热面管内氧化皮无损检测技术

李赞 沈英杰

摘要：超临界锅炉高温管屏的管道数目极多，管道布置也很复杂。到目前为止还没有一套对锅炉高温管内氧化皮堵塞进行在线检测的装置和方法。不少电厂采取了“逢停必查”“有疑必割管换管”的被动方法，这样给电厂带来了巨大经济损失，也给电网安全稳定性带来了威胁。目前，人们进行氧化皮检测，常用的方法包括超声波检测法、射线照相法等。这些方法虽然在一定程度上能够检测到锅炉受热面堵塞的问题，但是存在工作量大，检修耗时长，易返工，重复性差等缺点。因此开发出一种操作简单，快捷高效的氧化皮在线检测装置对锅炉的安全运行将具有十分重要的意义。

关键词：超临界;锅炉;高温受热

1. 无损检测的原理

无损检测是指以不损害检测对象的使用性能和不影响检测对象的状态为前提，對检测对象进行静态或动态检测以及质量控制的检测方法。随着火电机组延寿工作的开展，锅炉管道无损检测在确保设备安全运行方面将起着更大的作用。无损检测技术将会向着完全自动化方向发展。超临界锅炉高温受热面管内氧化皮无损检测的目的是通过检测管内氧化皮生成与剥落状况，定量分析氧化皮厚度与强度的关系，并对检测到氧化皮过多或堵管的管段进行换管，以保证电站锅炉的安全运行。

2. 常用的无损检测技术

锅炉受热面管内氧化皮常用的无损检测方法是有超声波和射线照相法。

2.1 超声波检测

2.1.1 基本原理

超声波检测是在试件上引入超声波能量束并检测试件内缺陷对能量的干扰。声波穿过试件时会产生能量衰减并在分界面上发生反射。然后对反射波束进行分析，进而评估是否存在缺陷以及缺陷的形态和位置等。

超声波检测主要应用于检测各种材料特性和状态，适用于试件表面和内部缺陷的检测。试件必须具有传播超声波能量并具有引入和检测反射、透射、散射声波能量的几何结构。

2.1.2 超声波检测的优缺点

与其他无损检测技术相比，超声检测具有检测深度大范围广，定位准，灵敏度高，效率高成本低，操作简单，对身体无害等特点。

2.2 射线拍片法

2.2.1 基本原理

射线拍片是指用X射线、γ射线和中子对被检测对象进行透视拍片并以胶片作为记录载体的一种无损检测方法。由于高温受热面管和其所生成的氧化皮对X射线和γ射线的感光特性和吸收能力不同，即透过有氧化皮部位的射线强度与无氧化皮部位的射线强度不同，氧化皮对射线的吸收能力大大低于金属对射线的吸收能力，当X射线透过受热面管时，在射线感光的胶片上往往形成不同黑度的图像。

通过观察记录（感光）在射线照相胶片（底片）上的有关X射线或γ射线在两种物质中发生的衰减变化，来判定受热面管内部是否存在氧化皮，从而在不破坏或不损害受热面的情况下，评估其质量和寿命状况，做出合理的处置方式来避免管道超温爆管。

2.2.2 射线拍片法的优缺点

射线拍片技术检测法的优点有：应用广泛、准确性高。缺点为：射线检测设备不易携带;对工作环境要求高，检测时周围人员必须全部撤离现场;对人体伤害大;操作复杂，速度慢，需要较多的时间;检测成本高;容易漏检误判。

3. 氧化皮堵塞在线检测技术

3.1 氧化皮堵塞在线检测装置的构成

数据采集器还连接有管壁温度监测模块和管壁温变化趋势监测模块。管壁温度监测模块连接显示器，可显示高温管道壁温数据同时兼有超温报警的功能。管壁温变化趋势监测模块连接显示器，可显示壁温变化的趋势数据同时兼有趋势报警的功能。另外，数据采集器还设置有通讯接口，可以通过通讯接口与其他设备进行数据的传递，数据采集器采用单片机AT89C51，单片机带有储存器，将采集到的温度数据储存于储存器中。

预警控制器，由温度偏差模块和壁温变化率模块构成，这两个模块将数据分析系统传递过来的管壁温差及温度变化率的数据进行逻辑计算，做出超临界锅炉高温管内是否发生氧化皮堵塞的判断，从而决定是否向报警设备发出报警指令。

3.2 氧化皮堵塞在线检测装置的原理

超临界锅炉高温管内氧化皮堵塞在线检测装置的工作原理如下：将各个温度传感器布置在锅炉各管屏靠近出口集箱附近的各高温管道上，并对设有温度传感器的管道位置进行编号，各个温度传感器将锅炉高温管道的壁温转变成电信号传递至数据采集器;数据采集器将温度数据储存、并发送给数据分析系统，数据分析系统把管壁温差及温度变化率的数据传给预警控制器;根据超临界锅炉管壁温度与管内氧化皮堵塞存在强烈的耦合关系，预警控制器通过温度偏差模块和温度变化率模块与预先在其内设定好的关于氧化皮堵塞的参数进行逻辑计算，做出堵塞是否发生的判断，再根据这种判断决定是否给出氧化皮堵塞信号，若没有氧化皮发生堵塞，则显示正常壁温及其变化趋势，若有氧化皮堵塞，则预警控制器将氧化皮堵塞信号传递给报警设备，报警设备的二极管亮红灯，蜂鸣器鸣笛，同时PC主机的显示屏上显示堵塞的管道编号、管壁温度及变化趋势，并在锅炉高温管道上找到相同编号的所在位置，该位置即是发生氧化皮堵塞的位置。由此实现了超临界锅炉高温管道内氧化皮堵塞的快速在线监测与预警。

3.3 氧化皮堵塞在线检测方法的优点

一是该检测方法能准确快捷地检测出氧化皮堵塞管道的具体部位，从而为及时消除氧化皮堵塞赢得了时间，有效地防止了锅炉由此而出现超温爆管事故，大大地提高了机组运行的安全性和经济性。二是该检测方法操作简单，且与锅炉启动、运行、停炉同步进行，数据与机组相关参数在线连接，同时结合计算机并行处理技术，实时性好。三是该检测方法可以通过通讯接口与其他设备进行高温管壁温度及其变化趋势数据传递。四是该检测方法还兼有高温管壁温度及其变化趋势实时显示及报警功能。

4. 结论

合理有效的无损检测技术是确保锅炉安全运行的重要的手段。随着越来越多的超临界机组的投产运行，必然对无损检测技术的要求越来越高。因此，在保证完善传统方法的基础上，有针对性地开发一些新的无损检测方法，具有非常重要的意义。根据超临界锅炉管壁温度与管内氧化皮堵塞存在强烈的耦合关系，提出的氧化皮检测一种全新的方法，为今后开发出适应电厂实际的、便捷的无损检测技术及装置打下了坚实的科学基础。

参考文献

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