CN101750011A - 一种超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪及探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪及探测方法，探测仪包括测量探头、基准探头、放大电路、减法器、A/D转换器、单片机和显示器，探测方法是通过测量探头和基准探头分别把来自受检管的待测部位和无氧化皮部位的磁信号转化为电压信号，该两个电压信号经放大电路放大后通过减法器获得差值电压信号，由A/D转换器将差值电压信号转化为数字信号，该数字信号由单片机处理后送到显示器显示。本发明根据测量探头与基准探头检测到的磁感应强度差值，可以定量检测受热面管内氧化皮的厚度。本发明能够快速方便地对锅炉高温受热面管内氧化皮的堆积厚度进行定量检测。

Description

一种超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪及探测方法

技术领域

本发明属于磁性无损检测技术领域，提供了一种超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪及探测方法，用于对超临界锅炉高温受热面管内氧化皮进行无损检测，特别是对于大型超(超)临界电站锅炉内氧化皮在管道弯管处堆积情况进行检测。

背景技术

近年来，随着火电厂技术参数和容量的不断提高，在超(超)临界锅炉受热面奥氏体不锈钢管材应用愈来愈广泛，目前国内应用的奥氏体不锈钢材料牌号主要有Super304H、TP316H、TP347H和俄罗斯的12Cr18Ni12Ti等。虽然奥氏体不锈钢的抗氧化温度可达到700℃以上，有良好的弯管、焊接工艺性能，组织稳定性、抗高温腐蚀性和高的热强性，提高了机组的参数和热效率，但是奥氏体不锈钢在长期高温运行中，在过热器、再热器管子内壁易产生氧化腐蚀，生成的氧化产物与管壁附着牢固，结构致密。氧化层的形成降低了过热器和再热器管子的导热性，因而影响管子的传热效果，在管子中蒸汽出口温度不变的情况下，氧化层的存在会引起管子金属的长期高温过热，导致氧化加剧、水蒸汽腐蚀加速、金属蠕变速率升高等一系列不利后果，使过热器、再热器管子失效提前。另一方面，由于不锈钢材料氧化皮的膨胀系数与基体差别较大，在启动、停炉与变工况运行过程中，温度变化所诱发的热应力可导致氧化皮局部剥落，剥落的氧化皮在重力及工质流动的作用下沉积或堆积在管子弯头下部，降低了锅炉受热面管道中蒸汽流量，使锅炉受热面管道局部传热性能变差，造成局部过热。在剥落极端严重、沉积量很大的情况下，还可能使锅炉受热面管道局部堵塞。国内外已发生多起锅炉受热面奥氏体不锈钢管内壁氧化皮脱落，造成在弯头处沉积堵塞引起过热爆管的事故。对于奥氏体不锈钢管内部氧化皮剥落堆积问题，目前在国内外还没有一个高效、准确和便捷的专用检测仪器。目前，现有的氧化皮探测装置为射线检测，存在检测仪器笨重、测量时间长、工作量大、对测量人员存在伤害等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪及探测方法，实现了对于管内氧化皮堆积厚度的准确判断，具有方便、快捷、准确、安全等特点，解决了现有技术中因为检测仪器笨重、测量时间长、对测量人员存在伤害等问题。本发明通过如下技术方案实现：

一种超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪，包括测量探头、基准探头、放大电路、减法器、A/D转换器、单片机和显示器，所述测量探头位于自受检管的待测部位的外侧，基准探头位于受检管的无氧化皮部位的外侧，测量探头和基准探头分别把来自受检管的待测部位和无氧化皮部位的磁信号转化为电压信号，该两个电压信号经放大电路放大后通过减法器获得差值电压信号，由A/D转换器将差值电压信号转化为数字信号，该数字信号由单片机处理后送到显示器显示。

上述的探测仪中，所述测量探头和基准探头均包括永磁体和霍尔传感器，永磁体和霍尔传感器分别与U型夹臂的两端连接。

作为所述探测仪的优选方案，永磁体和霍尔传感器位于受检管外部相对的两侧。

作为所述探测仪的优选方案，放大电路采用放大器TLC27M2，对探头检测到的电压信号进行放大；所述显示器为字符点阵液晶显示器。

作为所述探测仪的优选方案，所述单片机采用SPCE061A十六位单片机，把数字信号送入字符点阵液晶显示器。

上述的探测仪中，字符点阵液晶显示器显示的内容包括氧化皮的厚度。

上述的探测仪的探测方法，其利用两组探头对同一受检管的不同部位进行对比测量，其中一组基准探头置于竖直管壁无氧化皮的管道部位，另一组检测探头置于弯管处可能堆积氧化皮的部位，测量探头和基准探头分别把来自受检管的待测部位和无氧化皮部位的磁信号转化为电压信号，该两个电压信号经放大电路放大后通过减法器获得差值电压信号，由A/D转换器将差值电压信号转化为数字信号，该数字信号反应基准探头检测到的磁感应强度的差值，磁感应强度的差值反映管内氧化皮的量。

作为上述探测方法的优化方案，检测探头的永磁体位于受检管的一侧外表面，磁化受检管内可能存在的氧化皮；检测探头的霍尔传感器在受检管另一侧外表面检测磁感应强度的变化，测量探头与基准探头检测到的磁感应强度通过减法器计算得到差值电压信号，差值电压信号模数转换后，经由单片机送入显示器显示，反映受检管内氧化皮的量，所述氧化皮包括顺磁性及铁磁性氧化皮。

作为上述探测方法的优化方案，测量探头中的永磁体置于受检管弯管处的正上方或正下方，测量探头中的霍尔传感器与永磁体正对，永磁体和霍尔传感器夹在弯管处；基准探头的磁体和霍尔传感器夹在受检管竖直管部分的两侧。

本发明的探测仪中，探头的永磁体1和霍尔传感器2通过U型夹臂3连接起来，在检测时可不受受检管5直径变化的影响，检测范围广。

本发明的探测仪中，采用两组探头同时进行测量的方式，一组作为基准探头，一组作为测量探头，此方法可保证测量的基准值是一致的，消除了不同管材和不同管壁厚度对测量的影响。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的探测仪，通过探头中霍尔传感器2检测到的磁感应强度信号的变化来判断受检管5内氧化皮6的堆积厚度，克服了现有技术中依赖探头磁场敏感元件的检测信号随着管内氧化物堆积厚度的变化检测信号饱和带来的问题，能够对超(超)临界锅炉高温受热面管5内氧化皮6的堆积厚度进行准确检测，不受受检管5内氧化皮6堆积厚度的限制。

(2)本发明的探测仪，通过基准探头和测量探头中霍尔传感器2检测到的两个磁感应强度的差值来判断受检管5内氧化皮6的堆积厚度，克服了单个探头测量受管道材质和管壁厚度影响的问题。

(3)本发明的探测仪，探头中永磁体1和霍尔传感器2通过弹性夹臂3连接，可以对各种规格的超(超)临界锅炉高温受热面管5内氧化皮6的堆积厚度进行准确检测。

此外，本发明的探测仪与探测方法，不仅可以用来对超(超)临界锅炉高温受热面管5内氧化皮6进行检测，也可以检测其它来源的磁性异物。

附图说明

图1是实施方式中超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪的方框示意图。

图2是实施方式中超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪的探测示意图。

图3是图2中沿弯管处的A-A截面示意图。

图4是氧化皮的探测厚度与实际厚度的对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。

图1所示为超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪系统方框图，图中包括直流电源、探头、放大电路、减法器、A/D转换器、单片机和字符点阵液晶显示器4。其中电源采用便携直流电源，使本探测仪便于携带使用；探头由永磁体1和霍尔传感器2构成，通过U型夹臂3连接起来，分为测量探头和基准探头；放大电路采用TLC27M2，对探头检测到的电压信号进行放大；采用减法器对来自测量探头和基准探头的电压信号进行比较处理，得到有效的差值电压信号；A/D转换器采用ADS1110，把差值电压信号转换为数字信号；单片机MCU采用SPCE061A十六位单片机，把数字信号送入字符点阵液晶显示器4；字符点阵液晶显示器4采用C1602，显示出氧化皮7的厚度。

图2所示为本发明的探测仪中的探测方法示意图，图中的测量探头处于超(超)临界锅炉高温受热面管道5U型弯头处，即可能出现氧化皮6堆积的位置，基准探头位于同一管5的竖直管段，即不可能出现氧化皮6堆积的位置。探头由永磁体1、霍尔传感器2和U形夹臂3组成，可以对任意管径的受检管5夹紧进行测量。

图3所示为本发明的检测装置沿弯管处的截面示意图，图中永磁体1产生的强磁场通过受检管5磁化管内可能存在的顺磁性和铁磁性的氧化皮6，霍尔传感器2检测接收到的磁感应强度大小并转化为电信号通过放大器电路放大后传输给减法器，减法器对来自测量探头和基准探头的信号计算处理后得到差值信号，并通过单片机传输给字符点阵液晶显示器4显示出氧化皮7的厚度。

以下如图2和图3所示为例，说明本发明的检测方法。

按照图2所示的相对位置关系，测量探头处于超(超)临界锅炉高温受热面管道5U型弯头处，即可能出现氧化皮6堆积的位置。永磁体1与霍尔传感器2竖直相对地夹于受检管5的弯头处；基准探头则是夹于同一受检管5的竖直部位，只需永磁体1与霍尔传感器2相对即可，没有方位的要求，但是基准探头的位置与测量探头的位置需要一定的距离，避免两个永磁体产生的强磁场相互干扰。测量时，由永磁体1产生的强磁场磁化受检管5内可能存在的顺磁性及铁磁性的氧化皮6，如果管内有氧化皮存在必然会使得磁感应强度发生变化，霍尔传感器2将检测磁感应强度的大小，并转化为电信号经放大后传输给减法器，减法器通过对比来自测量探头和基准探头的信号，把二者的差值通过单片机传输给字符点阵液晶显示器4显示出受检管5内氧化皮6的厚度。

以下利用直径为30mm的U型透明玻璃管模拟超临界锅炉高温受热面管，对管内氧化皮7的堵塞情况进行探测试验。试验时的实际氧化皮厚度为：空管、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、满管。图4为利用本发明探测到的氧化皮7厚度与实际测量厚度的对比图。从图中可以看出本发明探测到的氧化皮7厚度值与实际测量的厚度值十分接近，从而验证了本发明的可行性与准确性。

Claims (10)

1.一种超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪，其特征在于包括测量探头、基准探头、放大电路、减法器、A/D转换器、单片机和显示器，所述测量探头位于自受检管(5)的待测部位的外侧，基准探头位于受检管(5)的无氧化皮部位的外侧，测量探头和基准探头分别把来自受检管(5)的待测部位和无氧化皮部位的磁信号转化为电压信号，该两个电压信号经放大电路放大后通过减法器获得差值电压信号，由A/D转换器将差值电压信号转化为数字信号，该数字信号由单片机处理后送到显示器显示。

2.如权利要求1所述的探测仪，其特征在于，所述测量探头和基准探头均包括永磁体(1)和霍尔传感器(2)，永磁体(1)和霍尔传感器(2)分别与U型夹臂(3)的两端连接。

3.如权利要求1所述的探测仪，其特征在于，永磁体(1)和霍尔传感器(2)位于受检管(5)外部相对的两侧。

4.如权利要求1所述的探测仪，其特征在于，放大电路采用放大器TLC27M2，对探头检测到的电压信号进行放大；所述显示器为字符点阵液晶显示器(4)。

5.如权利要求4所述的探测仪，其特征在于，所述单片机采用SPCE061A十六位单片机，把数字信号送入字符点阵液晶显示器(4)。

6.如权利要求1～5任一项所述的探测仪，其特征在于，字符点阵液晶显示器(4)显示的内容包括氧化皮(7)的厚度。

7.如权利要求1～5任一项所述的探测仪，其特征在于采用便携直流电源。

8.权利要求1所述探测仪的探测方法，其特征在于利用两组探头对同一受检管(5)的不同部位进行对比测量，其中一组基准探头置于竖直管壁无氧化皮的管道(5)部位，另一组检测探头置于弯管(5)处可能堆积氧化皮(6)的部位，测量探头和基准探头分别把来自受检管(5)的待测部位和无氧化皮部位的磁信号转化为电压信号，该两个电压信号经放大电路放大后通过减法器获得差值电压信号，由A/D转换器将差值电压信号转化为数字信号，该数字信号反应基准探头检测到的磁感应强度的差值，磁感应强度的差值反映管内氧化皮(6)的量。

9.如权利要求8所述的探测方法，其特征在于，检测探头的永磁体(1)位于受检管(5)的一侧外表面，磁化受检管(5)内可能存在的氧化皮(6)；检测探头的霍尔传感器(2)在受检管(5)另一侧外表面检测磁感应强度的变化，测量探头与基准探头检测到的磁感应强度通过减法器计算得到差值电压信号，差值电压信号模数转换后，经由单片机送入显示器显示，反映受检管(5)内氧化皮(6)的量，所述氧化皮(6)包括顺磁性及铁磁性氧化皮。

10.如权利要求8或9所述的探测方法，其特征在于，测量探头中的永磁体(1)置于受检管(5)弯管处的正上方或正下方，测量探头中的霍尔传感器(2)与永磁体(1)正对，永磁体(1)和霍尔传感器(2)夹在弯管处；基准探头的磁体(1)和霍尔传感器(2)夹在受检管(5)竖直管部分的两侧。

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