CN102033105A - 基于超低频涡流的奥氏体锅炉管内壁氧化皮堆积测量方法 - Google Patents
基于超低频涡流的奥氏体锅炉管内壁氧化皮堆积测量方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于超低频涡流的奥氏体锅炉管内壁氧化皮堆积测量方法，包括以下步骤：1)激励线圈通过超低频正弦波电流，产生超低频交变磁场；2)将传感器贴靠在奥氏体管外壁；3)超低频交变磁场穿过奥氏体管壁进入管内，在呈铁磁性的氧化皮堆积物上产生涡电流，阻碍并削弱原有超交变磁场；4)位于激励线圈管壁的径向或轴向方向上的接收线圈接收到途经管内壁氧化皮堆积物路径上的超低频交变磁场；5)接收线圈将接收的包含路径变量的信号送入检测装置；6)检测装置通过计算机相位分析，得到电磁场相位变化与氧化皮含量变化信号的相关曲线。本发明采用超低频交变磁场能够穿透过管壁，可对奥氏体不锈钢管的氧化皮堆积物的位置、数量进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁无损检测领域，尤其是一种基于超低频涡流的奥氏体锅炉管内壁氧化皮堆积测量方法。
背景技术
电站锅炉过热器、再热器管子因氧化物脱落堆积堵塞爆管问题早在上世纪60至70年代，国外就将蒸汽通流部件表面氧化层的形成与剥离作为重点进行过研究。在锅炉受热面管子中尤其以奥氏体管子内壁氧化皮脱落堆积为严重，主要是奥氏体管子与氧化皮热膨胀系数之间的差异造成的。近年来, 在国内此类过热器和再热器内壁氧化皮早期剥落、堆积和堵塞事故越来越多,目前该问题已成为电厂普遍存在的问题。涉及的管材既有TP304H、TP347H、12X18H12T、TP316L 等不锈钢管, 也有T23、T91 等铁素体类钢管, 但奥氏体不锈钢管蒸汽侧氧化皮的剥落问题比常见的铁素体类钢管更为突出。随着我国火电机组向超临界、超超临界参数发展，将使用大量的奥氏体材料，此类问题将会更为突出。由于此问题涉及设计选材、机组运行等多种因素，目前还难以从根本上解决，因此能及时预测和发现可能出现堵塞的部位就显得尤为重要。
目前国内外使用的方法主要有两种，一、是传统的射线拍片，二、是通过磁性测量来确定氧化皮大致的堆积量。对弯管段进行射线拍片, 通过对底片投影进行判断分析管子被氧化皮堵塞的程度, 这种方法费时费力，检验周期长, 且常因管屏间距、位置受限，人为操作工艺不当等因素影响底片成像, 影响判断的准确性。采用磁性测量检测氧化皮堆积量的原理是：奥氏体不锈钢是弱磁性材料，而氧化皮的主要成分Fe3O4是强磁性材料。从而利用磁性元件，测量管子内部磁性的大小，通过磁性的大小来大致确定内部氧化皮堆积量的多少。其优点：方法和检测装置简单。缺点：第一，对少量存在的氧化皮不敏感，需要一定的堆积量才有反应，堆积量较多时线性关系较差；第二，锅炉管高温服役下部分材质会呈铁磁性，在磁性测量时会产生有氧化皮堆积误判。第三，奥氏体锅炉管在加工变形过程中容易产生磁性，对于磁性无损检测方法产生严重干扰，比如管子弯头部位，因为加工变形，产生了磁性。因此对弯头部位的氧化皮测量容易产生很大的误差。第四，管子内壁存在的氧化皮对定量影响较大。需要用存在氧化皮的基准管对设备进行调试。第五，测量时移动传感器，磁性吸附作用会改变堆积物的原始状态，而且堆积物被磁化后，再次测量数据明显变大，检测重复性差。第六，在检验过程中扫查速度、扫查方向对结果准确性的存在较大影响，受检测人员水平影响较大。第七，对外壁有铁素体喷涂层的管子无法进行检测。磁性测量法主要缺陷是定量方面较差。
据报道有人试验涡流方法来检测，但所采用的均基于常规涡流，工作频率在几千赫兹~几十千赫兹，也有应用多频涡流技术来消除干扰，提高灵敏度。然而，常规涡流由于趋肤效应的固有存在，要穿透较厚的管壁或较厚的氧化皮堆积物，定量测量是不现实的。因此尚无较大突破，至目前还没有看到商品化产品。
公开号为CN1441246A的发明专利申请公开了一种奥氏体不锈钢管管内氧化物的磁性无损检测方法及装置，它是从非磁性的奥氏体不锈钢管外部即弯管管段的底部施加一个稳恒磁场，将管道内部呈强磁性的内氧化物磁化，从管道外部即弯管管段的底部利用磁场敏感元件检测被磁化的氧化物产生的杂散磁场信号，并通过磁场敏感元件将其转化为电信号进行检测。根据杂散磁场信号强度与管道内磁性物质数量的正比关系在一定程度上反映出氧化物的多少。
但是其缺点是：第一，对少量存在的氧化皮不敏感，需要一定的堆积量才有反应，堆积量较多时线性关系较差；第二，锅炉管高温服役下部分材质会呈铁磁性，在磁性测量时会产生有氧化皮堆积误判。第三，奥氏体锅炉管在加工变形过程中容易产生磁性，对于磁性无损检测方法产生严重干扰，比如管子弯头部位，因为加工变形，产生了磁性。因此对弯头部位的氧化皮测量容易产生很大的误差。第四，管子内壁存在的氧化皮对定量影响较大。需要用存在氧化皮的基准管对设备进行调试。第五，测量时移动传感器，磁性吸附作用会改变堆积物的原始状态，而且堆积物被磁化后，再次测量数据明显变大，检测重复性差。第六，在检验过程中扫查速度、扫查方向对结果准确性的存在较大影响，受检测人员水平影响较大。第七，对外壁有铁素体喷涂层的管子无法进行检测。第八、对氧化物堆积厚度无法测量。
公开号为CN101587096A的发明专利申请公开一种对不锈钢管内氧化皮厚度分布进行无损检测的方法，采用频率为几千到几十千Hz常规涡流，结合计算机采集与传感器相位对应位置的信号数据来确定氧化皮的厚度分布，然而，由于涡流的趋肤效应固有存在，在常规涡流检测频率下，对厚壁管子，或者氧化皮堆积厚度超过一定范围，涡流场将大为削弱，以致氧化皮的厚度增减，无法被真实地反映出来，特别是在氧化皮堵塞接近充满管内壁此时厚度最大，更显示出此方法的不足。其二，为了建立计算机采集与采集点的相对位置，必须在传感器上轴向和周向都安放类似编码器的机械定位装置，必然使装置非常复杂笨重，而且对最容易产生氧化皮堵塞的弯管变径处，难于准确定位。况且电站锅炉排列都是密集，管与管之间仅存在狭窄空间，太大的检测装置是无法在现场实施检测。工程上氧化皮检测，往往是在抢修期间进行，所限时间非常短暂，需要在有限的时间内对多排管子作检查，占用大量时间的精细扫查，在工程应用上是没有实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可做定性和定量检测，采用超低频交变磁场来产生涡流，易于透过管壁，功耗低，携带方便的基于超低频涡流的奥氏体锅炉管内壁氧化皮堆积测量方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于超低频涡流的奥氏体锅炉管内壁氧化皮堆积测量方法，包括以下步骤：
1）传感器的激励线圈通过分辨率为0.1Hz，频率范围为1～40Hz超低频电流，在激励线圈周围产生超低频交变磁场；
2）将传感器贴靠在奥氏体锅炉不锈钢管外壁；
3）超低频交变磁场在奥氏体锅炉不锈钢管壁上产生涡流，由于其频率极低，从涡流标准透入深度公式可知，涡流对交变磁场有阻碍作用；但是超低频交变磁场能穿过奥氏体锅炉不锈钢管壁进入管内，在呈铁磁性的氧化皮堆积物上产生涡电流，阻碍并削弱原有超低频交变磁场；削弱后的超低频交变磁场大小与奥氏体锅炉不锈钢管内氧化皮堆积量多少成反比例关系；
4）位于激励线圈管壁的径向或轴向方向上的传感器接收线圈接收到途经奥氏体锅炉不锈钢管内壁氧化皮堆积物路径上的超低频交变磁场；
5）传感器接收线圈将步骤4）中接收的包含路径变量的信号送入检测装置；
6）检测装置通过计算机处理将信号放大，滤除杂波干扰和相位分析，得到电磁场相位变化与氧化皮含量变化信号的相关曲线，通过该曲线能够得出氧化皮堆积分布数量情况。
本发明中的传感器采用激励线圈与接收线圈分离结构，这种分离安置结构包括沿周向放置和沿径向放置。激励线圈由磁芯和磁环构成高效率磁路。接收线圈安装在聚焦磁套内。
本发明的优点在于：
（1）利用本发明的检测方法，可对奥氏体不锈钢管的氧化皮堆积物的位置、数量可做定性，定量检测。
（2）本发明使用超低频交变磁场来产生涡流，在奥氏体不锈钢管壁上仅存很小的趋肤效应，交变磁场易于透过管壁，检测到管内氧化皮堆积物，适合厚壁奥氏体钢管检测。
（3）本发明采用涡流原理，具有极低的功耗和散射磁场，轻巧和携带方便，特别适合电源条件受限制的高空作业。微弱的交变散射磁场不会给管道残留磁性造成焊接偏弧等隐患，也不会对诸如磁盘，磁卡等磁敏感设备、物品造成损坏。
（4）本发明特别适用于空间狭窄的锅炉等现场中应用，原因是检测装置的检测传感器与检测装置的其他部分分割开来，彼此间通过柔性导线连接，检测时，只有检测装置中的检测传感器贴靠在钢管外壁上去。
（5）本发明最终在屏幕上实时显示管内氧化皮堆积形状相对应的二维图像，移动传感器即刻显示出该点堆积量的大小波形，不存在信号滞留，操作简便且直观。
（6）本发明的沿轴向放置传感器能用于检测管轴向分布的氧化皮堆积情况，而沿径向放置的传感器能用于检测管径向分布的氧化皮堆积情况。两种传感器都设计适合直管段或者弯管径段的检测。
（7）本发明不仅可以用来检测奥氏体不锈钢内的氧化皮堆积量，也可以检测非铁磁性物质内含微量铁磁性物质存在和数量的多少，诸如奥氏体不锈钢内的铁素体含量等等。
附图说明
图1是本发明线圈沿轴向放置方式的检测原理图；
图2是本发明线圈沿径向放置方式检测原理示意图；
其中1.奥氏体不锈钢管，2.氧化皮堆积物，3.激励线圈，4.接收线圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、2所示，一种基于超低频涡流的奥氏体锅炉管内壁氧化皮堆积测量方法，包括以下步骤：
1）传感器的激励线圈3通过分辨率为0.1Hz，频率范围为1～40Hz超低频电流，在激励线圈3周围产生超低频交变磁场；
2）将传感器贴靠在奥氏体锅炉管外壁；
3）超低频交变磁场在奥氏体锅炉不锈钢管1壁上产生涡流，由于其频率极低，从涡流标准透入深度公式可知，涡流对交变磁场有阻碍作用；但是超低频交变磁场能穿过奥氏体锅炉管壁进入管内，在呈铁磁性的氧化皮堆积物上产生涡电流，阻碍并削弱原有超低频交变磁场；削弱后的超低频交变磁场大小与奥氏体锅炉不锈钢管1内氧化皮堆积量多少成反比例关系；
4）位于激励线圈3管壁的径向或轴向方向上的传感器接收线圈4接收到途经奥氏体锅炉不锈钢管1内壁氧化皮堆积物路径上的超低频交变磁场；
5）传感器接收线圈4将步骤4）中接收的包含路径变量的信号送入检测装置；
6）检测装置通过计算机处理将信号放大，滤除杂波干扰和相位分析，得到电磁场相位变化与氧化皮含量变化信号的相关曲线，通过该曲线能够得出氧化皮堆积分布数量情况。
本发明中的传感器采用激励线圈3与接收线圈4分离安置结构，这种分离安置结构包括沿周向放置和沿径向放置。激励线圈3由磁芯和磁环构成高效率磁路。接收线圈4安装在聚焦磁套内。
如图1所示，在奥氏体不锈钢管1的外壁放置传感器传感器激励线圈3，并通过超低频交变电流，在该线圈周围建立起一个超低频交变磁场。超低频交变磁场在管壁上产生涡电流，由于其频率极低，涡流的趋肤效应对交变磁场阻碍极小，几乎不受非铁磁性的奥氏体不锈钢的影响，穿过管壁进入管内部。当超低交变磁场传递到安放在管外壁轴线方向的接收线圈4，如果传递路径上存在呈铁磁性的氧化皮堆积物2，氧化皮将产生涡电流，涡电流大小与氧化皮堆积物2数量相关，其方向与激励线圈3产生交变磁场方向相反，阻碍原生磁场变化。两者相抵消合成交变磁场穿过管壁进入接收线圈4，在该线圈上感应出包含有氧化皮堆积量信息的感生电动势。由于传感器内的激励线圈3与接收线圈4的安装位置是相对固定，当管内没有存在铁磁性氧化皮时，接收线圈4接收到的感生电动势是恒定的，而当管道中存在氧化皮堆积物时，如上所述感生电动势必然会被改变，两者电动势的差值，体现出氧化皮堆积物的多少。
如图2所示，轴向放置方式激励线圈3和接收线圈4，反映了管内轴向氧化皮堆积物2的分布情况。图2与图1不同之处在于，奥氏体不锈钢管1外壁放置的传感器激励线圈3与接收线圈4分别在管径对称不同的方向上，由激励线圈3产生的交变磁场两次穿过管壁到达另一侧的接收线圈，交变磁场穿过管内径的路径上如果存在含铁磁性的氧化皮物质时，其产生的涡电流磁场也将抵消原生交变磁场，两者相抵后的交变磁场在接收线圈4上感应出包含有路径上氧化皮堆积量信息的感应电动势，同理传感器内的激励线圈3与接收线圈4安装位置是相对固定。
Claims (1)
1.一种基于超低频涡流的奥氏体锅炉管内壁氧化皮堆积测量方法，其特征在于，包括步骤：
1）传感器的激励线圈通过分辨率为0.1Hz，频率范围为1～40Hz超低频电流，在激励周围产生超低频交变磁场；
2）将传感器贴靠在奥氏体锅炉不锈钢管外壁；
3）超低频交变磁场在奥氏体锅炉不锈钢管壁上产生涡流，由于其频率极低，从涡流标入深度公式可知，涡流对交变磁场有阻碍作用；但是超低频交变磁场能穿过奥氏体锅锈钢管壁进入管内，在呈铁磁性的氧化皮堆积物上产生涡电流，阻碍并削弱原有超低变磁场；削弱后的超低频交变磁场大小与奥氏体锅炉不锈钢管内氧化皮堆积量多少成例关系；
4）位于激励线圈管壁的径向或轴向方向上的传感器接收线圈接收到途经奥氏体锅炉不管内壁氧化皮堆积物路径上的超低频交变磁场；
5）传感器接收线圈将步骤4）中接收的包含路径变量的信号送入检测装置；
6）检测装置通过计算机处理将信号放大，滤除杂波干扰和相位分析，得到电磁场相位与氧化皮含量变化信号的相关曲线，通过该曲线能够得出氧化皮堆积分布数量情况。
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