CN105572226A - 一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，在锅炉管待测部位的外壁安装发射探头和接收探头；测量锅炉管外弧面自铅垂方向顶点至第一个声束发射阵元之间的弧长L1；若接收探头接收到的第一个超声波所对应的声束发射阵元的编号为N，计算发射探头第一个声束发射阵元到接收探头接收到的首个超声波的声束发射阵元之间的弧长L3；根据锅炉管外弧面自铅垂方向顶点至第一个声束发射阵元之间的弧长L1和发射探头第一个声束发射阵元到接收探头接收到的首个超声波的声束发射阵元之间的弧长L3计算锅炉管内氧化皮的沉积量。本发明方法操作方便，提高了现场锅炉管内氧化皮沉积量的检测效率，为电厂锅炉的正常运行提供了安全保障。

Description

一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法

【技术领域】

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法。

【背景技术】

火力发电站机组长期在高温环境中运行，高温锅炉管由于承受着较高压力且运行温度在蠕变温度范围内，在锅炉管投入使用后，锅炉管内壁在过热蒸汽混合物环境中会迅速被氧化。同时，在超高温、温度波动较大或压力波动较大的条件下，锅炉管内壁表面氧化会形成多层结构的膜，这种多层膜一方面极大加快了氧化速率，另一方面阻隔了管内介质与管壁的热量交换，导致管壁温度进一步升高，界面反应速率随之加快，极大加速了内管壁的进一步氧化，通常，称这种多层膜结构为氧化皮。另外，在锅炉启停的过程中，温度的变化所诱发的热应力可能导致氧化皮的剥落，通常氧化皮在自身重力和管件震动的作用下剥落后较为平整的沉积于U型管的弯头处，造成堵塞，使管内水蒸气混合物的流量降低，导致管壁温度异常升高，堵塞严重时可导致锅炉管爆裂。

目前，为了预防锅炉管因氧化皮剥落堆积阻塞而导致的爆管事故，国内外常用的无损检测方法有以下几种：

(1)微波诊断技术

微波频率比超声波高，分辨力高，但微波在金属表面会发生全反射，适合于非金属材料渗透测厚，金属测厚是通过混合三通把相同两种微波在被检金属正反两个方向同时反射，最后根据检测到的相位不同来确定试件厚度，不适用于从管子外壁检测锅炉管内壁氧化皮厚度及剥落情况。

(2)涡流检测技术

涡流检测技术应用广泛，是检验管子表面和近表面缺陷的一种探伤方法，但用外套式或点式探头去测量内壁氧化皮厚度，灵敏度无法保证，各种干扰信号难于分析，所以涡流检测不适用于锅炉管内壁氧化皮厚度测量及剥落情况。此外，涡流检测氧化皮是利用电磁感应原理，对于无磁性的奥氏体不锈钢管件，可用此方法，而对于其它有磁性的管件，由于氧化皮和管件都具有磁性使得利用涡流检测氧化皮的方法受到限制。

(3)X射线、工业CT检测技术

射线技术近年来有很大发展，已研制出用拍片方式检测钢管内壁氧化皮厚度及剥落情况，但当氧化皮较薄时，难于精确测量。除此之外，仪器价格昂贵，仪器体积大，受现场条件影响大，不易实现，工作效率低；射线辐射对人体有损害，使得射线检测受到一定限制。

基于上述常用检测手段存在的缺陷，中国专利文献CN104792876A公开了“一种锅炉管内壁氧化层剥落的无损检测方法”，该方法通过采用高频超声波，利用高频超声波经检测点内壁氧化层的内表面及金属层内表面反射后经示波器显示出来，再通过示波器得到的反射回来的两个高频超声波的时间差，根据时间差得到检测点内壁氧化层的厚度，从而判断锅炉管内壁氧化层是否剥落。

上述检测方法通过判断锅炉管内壁氧化皮的剥落情况，能够从一定程度上防范氧化皮脱落堵塞引起的爆管事故，但不能精准地判断剥落后沉积于U型管内的氧化皮的沉积量，无法准确预估锅炉管的寿命。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，能够准确测量锅炉管内氧化皮的沉积量，为电厂锅炉管安全运行提供准确、可靠的数据。

本发明采用以下技术方案：

一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，包括以下步骤：

步骤1：在锅炉管待测部位的外壁安装发射探头和接收探头，在发射探头和接收探头分别与锅炉管外壁的接触面以内安装声束发射阵元和声束接收阵元；

步骤2：测量锅炉管外弧面自铅垂方向顶点至第一个声束发射阵元之间的弧长L1；

步骤3：发射超声波，通过接收探头接收发射的超声波，若接收探头接收到的第一个超声波所对应的声束发射阵元的编号为N，计算发射探头第一个声束发射阵元到接收探头接收到的首个超声波的声束发射阵元之间的弧长L3，L3＝(N-1)L2，L2为相邻声束发射阵元之间的间距；

步骤4：根据步骤2得到的锅炉管外弧面自铅垂方向顶点至第一个声束发射阵元之间的弧长L1和步骤3得到的发射探头第一个声束发射阵元到接收探头接收到的首个超声波的声束发射阵元之间的弧长L3计算锅炉管内氧化皮的沉积量。

进一步，在测量之前，对锅炉管待检部位的表面进行打磨，以消除锅炉管外壁的氧化皮层，并在待检锅炉管的检测部位涂抹耦合剂。

进一步，在锅炉管内填充有水。

进一步，所述发射探头和接收探头对称布置于锅炉管待检部位的外壁。

进一步，所述发射探头和接收探头与锅炉管的接触面均为凹弧面。

进一步，所述声束发射阵元与所述声束接收阵元一一对应。

进一步，所述发射探头和接收探头发射和接收超声波的频率大于2MHz。

进一步，所述锅炉管内氧化皮的沉积量为：H＝r×(1-cosα)，其中，r为锅炉管的内径，α为(L1+L3)弧长所对应的圆心角。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明利用超声波穿透法，通过超声波发射探头发射超声波，超声波接收探头接收未被氧化皮挡住的超声波，并通过简单的几何方法计算出锅炉管内氧化皮的沉积量，现场操作简单，不受锅炉管的材质、锅炉管有无磁性的限制，易于实现，且发射的超声波对人体无害，提高了现场锅炉管内氧化皮沉积量的检测效率，为电厂锅炉的正常运行提供了安全保障。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1为本发明结构示意图。

其中：2.发射探头；3.声束发射阵元；4.接收探头；5.氧化皮；6.声束接收阵元。

【具体实施方式】

请参阅图1所示，本发明提供了一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，具体步骤如下：

1)确定锅炉管的待检部位，对锅炉管待检部位的表面进行打磨，消除锅炉管外壁待测位置的氧化皮层，然后在待检锅炉管的检测部位涂抹耦合剂；

2)向锅炉管内充满水J；

3)将具有凹弧面的发射探头2和接收探头4以锅炉管的待检部位截面圆心I为中心，对称置于锅炉管待检部位的外壁，并使发射探头2的凹弧面E及接收探头4的凹弧面F与锅炉管的待检部位紧密贴合；

4)通过发射探头2内的多个声束发射阵元3发出多束超声波，多束超声波透过待检锅炉管表面的耦合剂和锅炉管壁传播至待检锅炉管内的水J中，穿过待检锅炉管截面圆心I继续向前传播，当超声波传播过程中遇到氧化皮5时，会被氧化皮5和水J多次反射，几乎没有超声波能被超声波接收探头4上对应的声束接收阵元6所接收，而在传播过程中未遇到氧化皮5的超声波则进一步向前传播，穿过锅炉管壁和耦合剂被超声波接收探头4上对应的声束接收阵元6所接收；

5)根据超声波接收探头4中声束接收阵元6有无接收到超声波的情况，并利用几何关系计算得到锅炉管内氧化皮5的沉积量。

检测时，通过测量装置测量出锅炉管外弧面从铅垂方向顶点起到第一个声束发射阵元3之间的弧长L1，通过接收探头4接收到的首个超声波上的声束发射阵元编号N以及相邻两声束发射阵元之间的间距L2，可以计算出第一个声束发射阵元3到接收探头接收到的首个超声波的声束发射阵元之间的弧长L3＝(N-1)L2，而锅炉管外弧面从铅垂方向顶点起到超声波接收探头4接收到的首个超声波的声束发射阵元的弧长L＝L1+L3＝L1+(N-1)L2。

由几何方法知：

接收探头接收到的首个超声波的声束与氧化皮表层过锅炉管截面圆心的法线所夹的圆心角α的计算公式为：

$\mathrm{\α}=\frac{180L}{\mathrm{\π}R}$

氧化皮沉积量H的计算公式为：

H＝r×(1-cosα)

从而可以计算出锅炉管内氧化皮沉积量为：

$H\%=\frac{H}{2r}=\frac{1-cos\{180\[L1+(N-1)L2\]/\mathrm{\π}R\}}{2}$

其中，L1为锅炉管外弧面从铅垂方向顶点起到第一个声束发射阵元之间的弧长；L2为相邻两声束发射阵元之间的间距；r为锅炉管的内径；R为锅炉管的外径；H％为锅炉管内氧化皮沉积高度占锅炉管内径的百分比。

以上内容是结合优选的实施方式对发明作出的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式均应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在锅炉管待测部位的外壁安装发射探头和接收探头，在发射探头和接收探头分别与锅炉管外壁的接触面以内安装声束发射阵元和声束接收阵元；

步骤2：测量锅炉管外弧面自铅垂方向顶点至第一个声束发射阵元之间的弧长L1；

步骤3：发射超声波，通过接收探头接收发射的超声波，若接收探头接收到的第一个超声波所对应的声束发射阵元的编号为N，计算发射探头第一个声束发射阵元到接收探头接收到的首个超声波的声束发射阵元之间的弧长L3，L3＝(N-1)L2，L2为相邻声束发射阵元之间的间距；

步骤4：根据步骤2得到的锅炉管外弧面自铅垂方向顶点至第一个声束发射阵元之间的弧长L1和步骤3得到的发射探头第一个声束发射阵元到接收探头接收到的首个超声波的声束发射阵元之间的弧长L3计算锅炉管内氧化皮的沉积量。

2.根据权利要求1所述的一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，其特征在于，在测量之前，对锅炉管待检部位的表面进行打磨，以消除锅炉管外壁的氧化皮层，并在待检锅炉管的检测部位涂抹耦合剂。

3.根据权利要求1所述的一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，其特征在于，在锅炉管(1)内填充有水。

4.根据权利要求1所述的一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，其特征在于，所述发射探头和接收探头对称布置于锅炉管待检部位的外壁。

5.根据权利要求1所述的一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，其特征在于，所述发射探头和接收探头与锅炉管的接触面均为凹弧面。

6.根据权利要求1所述的一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，其特征在于，所述声束发射阵元与所述声束接收阵元一一对应。

7.根据权利要求1所述的一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，其特征在于：所述发射探头(2)和接收探头(4)发射和接收超声波的频率大于2MHz。

8.根据权利要求1所述的一种锅炉管内氧化皮沉积量测量方法，其特征在于，所述锅炉管内氧化皮的沉积量为：H＝r×(1-cosα)，其中，r为锅炉管的内径，α为(L1+L3)弧长所对应的圆心角。