CN112255270B - 电涡流加热式受热面管内氧化皮堆积率红外成像检测方法 - Google Patents
电涡流加热式受热面管内氧化皮堆积率红外成像检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种电涡流加热式受热面管内氧化皮堆积率红外成像检测方法，属于无损检测领域。采用电涡流加热装置，将加热组件一和加热组件二绕在待检在役耐热不锈钢管上，并架设便携式红外测量仪；选择合适的加热组件一和加热组件二的安装间距，对现场待检在役耐热不锈钢管进行加热，加热后撤去热源；用便携式红外测量仪记录钢管散热过程的红外热像信号；通过对比红外测量仪的测量值与已绘制的氧化皮堵塞面积与热检测信号的标定图即可得到相对应的氧化皮堆积情况。优点是加热时间短、检测区域内温差小，减少由加热温差引起的噪声，提高检测准确性，将测量信号与标定图对比计算得出测量结果，简单高效，适用范围广。
Description
技术领域
本发明属于无损检测领域，涉及一种电涡流加热式受热面管内氧化皮堆积率红外成像检测方法，用于火电厂、核电、石油化工等领域的在役耐热不锈钢管内壁氧化皮堆积率的测量。
背景技术
在电力结构中火电仍将在相当长的时期内占据主导地位，提高发电效率、降低污染、节约资源是我国火电机组的发展方向。超(超)临界火电机组具有煤耗低、污染排放物少的节能减排效益，是提高我国火电机组技术水平，实现火电机组技术优化升级有效而现实的措施，也是我国火力发电机组发展的必然趋势。超(超)临界火电机组的服役环境恶劣，温度参数的显著提高，锅炉高温受热面易发生蒸汽侧氧化皮剥落，阻塞汽流造成锅炉过热器、再热器管超温爆管，已成为全球范围内锅炉炉管失效的第二位主要原因。国内外研究人员对锅炉高温受热面的氧化皮的产生、长大、剥落过程及其机理进行了大量的研究，掌握了氧化皮产生及剥落、堆积机理和影响因素，指出了氧化皮外层与基体金属间过大的热膨胀系数差异引起的热应力导致了氧化皮的开裂和剥落。由于缺乏有效的氧化皮堆积检测模型，造成了无法准确研判氧化皮堆积堵塞状态，增加了管理运行状态评估的难度，导致了只能频繁的更换管路才能避免发生事故。因此通过研究氧化皮无损表征方法，建立管路内氧化皮堆积检测模型，预测氧化皮堆积状态，对于超(超)临界火电机组的安全稳定运行具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种电涡流加热式受热面管内氧化皮堆积率红外成像检测方法，以解决目前在役耐热不锈钢管内氧化皮堆积率测量中存的问题。
本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：
(一)、将待测的在役耐热不锈钢管的管壁外表面进行简单清理，使其尽可能光滑平整，以消除外层不均匀的氧化层厚度对测量结果的影响，采用电涡流加热装置，将加热组件一和加热组件二绕在待检在役耐热不锈钢管上，并架设便携式红外测量仪；
(二)根据现场待检在役耐热不锈钢管的管径和壁厚值，选择合适的加热组件一和加热组件二的安装间距，该间距d为：
d＝(-0.09552×X1+9.63707)×X2+0.03835×X1-0.14894
其中X1为直径，X2为壁厚，单位mm，保证加热完成后两线圈之间的区域表面温度差值不超过1K；
(三)、对现场待检在役耐热不锈钢管进行加热，加热后撤去热源；用便携式红外测量仪记录钢管散热过程的红外热像信号；
(四)、通过对比红外测量仪的测量值与已绘制的氧化皮堵塞面积与热检测信号的标定图即可得到相对应的氧化皮堆积情况。
所述步骤(一)中电涡流加热装置的结构是：加热组件一和加热组件二分别与连接标尺两端连接，所述加热组件一和加热组件二结构相同，其中所述加热组件一包括环形开口本体、加热线圈、门形加热线圈固定夹、加热线圈头锁紧装置、接线端子一、接线端子二、连接标尺滑槽和锁紧螺栓，其中加热线圈头锁紧装置与环形开口本体外表面固定连接，4个门形加热线圈固定夹的一端与环形开口本体外表面固定连接、另一端穿过环形开口本体的槽口进入环形开口本体的内部，且该加热线圈固定夹进入环形开口本体内部的一端前部有半圆形夹口，加热线圈一个端头与加热线圈头锁紧装置压接、且加热线体沿环形开口本体的内部绕行，该加热线圈的另一个端头与接线端子二固定连接，该接线端子二与环形开口本体内部固定连接，加热线圈固定夹的半圆形夹口分别与加热线体卡接，接线端子一与加热线圈头锁紧装置固定连接，连接标尺滑槽与环形开口本体一端外表面固定连接，锁紧螺栓与连接标尺滑槽表面螺纹连接。
所述加热线圈头锁紧装置包括底座、上压件、销轴和蝶形锁紧螺丝，其中上压件一端通过销轴与底座转动连接、另一端通过蝶形锁紧螺丝与底座压接。
所述连接标尺的材料为具有韧性的弹簧钢。
所述步骤(四)中氧化皮堵塞面积与热检测信号的标定图的绘制：对已知氧化皮堵塞面积的样管进行红外热像检测，对所得结果进行分析，不同堵塞面积相对应的不同的红外热像图，绘制出不同氧化皮堵塞情况下的红外热像标定图。
本发明的优点是利用电磁感应加热原理，通过施加脉冲热场，使耐热不锈钢钢均匀受热，当热场消失后，由于有氧化皮与空气的比热容不同，导致有无氧化皮的管段的温度不同，通过红外热像仪测量不同管段温度场的分布，反映出管内氧化皮的堆积情况。
本发明加热时间短、检测区域内温差小，减少由加热温差引起的噪声，提高检测准确性；针对于双线圈电磁感应加热技术，根据COMSOL仿真计算结果与实际使用的情况，总结归纳出在保证加热的热场温度差小于1℃的情况下，不同管径、壁厚与双线圈的间距的关系图，并提出相关关系函数；采用本方法进行现场管道测量，将测量信号与标定图对比计算得出测量结果，简单高效，适用范围广。
附图说明
图1是发明电涡流加热装置使用状态示意图；
图2是发明电涡流加热装置的结构示意图；
图3是本发明加热组件一的结构示意图；
图4是本发明加热组件一的侧视图；
图5是本发明加热线圈头锁紧装置的结构示意图；
图6是图5的结构示意图；
图7是本发明耐热钢管径与加热线圈间距关系图；
图8是本发明不同管径耐热钢的壁厚与加热线圈间距关系图。
具体实施方式
包括下列步骤：
(一)、将待测的在役耐热不锈钢管的管壁外表面进行简单清理，使其尽可能光滑平整，以消除外层不均匀的氧化层厚度对测量结果的影响，采用电涡流加热装置，将加热组件一和加热组件二绕在待检在役耐热不锈钢管上，并架设便携式红外测量仪；
(二)根据现场待检在役耐热不锈钢管的管径和壁厚值，依据图7和图8所示，选择合适的加热组件一和加热组件二的安装间距，该间距d为：
d＝(-0.09552×X1+9.63707)×X2+0.03835×X1-0.14894
其中：X1为直径，X2为壁厚，单位mm，保证加热完成后两线圈之间的区域表面温度差值不超过1K；
(三)、对现场待检在役耐热不锈钢管进行加热，加热后撤去热源；用便携式红外测量仪记录钢管散热过程的红外热像信号；
(四)、通过对比红外测量仪的测量值与已绘制的氧化皮堵塞面积与热检测信号的标定图即可得到相对应的氧化皮堆积情况。
参见图2，所述步骤(一)中电涡流加热装置的结构是：加热组件一1和加热组件二2分别与连接标尺3两端连接，所述加热组件一1和加热组件二2结构相同，其中：
参见图3、4，所述加热组件一1包括环形开口本体101、加热线圈102、门形加热线圈固定夹103、加热线圈头锁紧装置104、接线端子一105、接线端子二106、连接标尺滑槽107和锁紧螺栓108，其中加热线圈头锁紧装置104与环形开口本体101外表面固定连接，4个门形加热线圈固定夹103的一端与环形开口本体101外表面固定连接、另一端穿过环形开口本体101的槽口进入环形开口本体101的内部，且该加热线圈固定夹103进入环形开口本体101内部的一端前部有半圆形夹口，加热线圈102一个端头与加热线圈头锁紧装置104压接、且加热线体沿环形开口本体101的内部绕行，该加热线圈102的另一个端头与接线端子二106固定连接，该接线端子二106与环形开口本体101内部固定连接，加热线圈固定夹103的半圆形夹口分别与加热线体卡接，接线端子一105与加热线圈头锁紧装置104固定连接，连接标尺滑槽107与环形开口本体101一端外表面固定连接，锁紧螺栓108与连接标尺滑槽107表面螺纹连接。
参见图5、6，所述加热线圈头锁紧装置104包括底座10401、上压件10402、销轴10403和蝶形锁紧螺丝10404，其中上压件10402一端通过销轴10403与底座10401转动连接、另一端通过蝶形锁紧螺丝10404与底座10401压接。
所述连接标尺3的材料为具有韧性的弹簧钢，能适应于弯管。
所述步骤(四)中氧化皮堵塞面积与热检测信号的标定图的绘制：对已知氧化皮堵塞面积的样管进行红外热像检测，对所得结果进行分析，不同堵塞面积相对应的不同的红外热像图，绘制出不同氧化皮堵塞情况下的红外热像标定图。
Claims (4)
1.一种电涡流加热式受热面管内氧化皮堆积率红外成像检测方法，其特征在于，包括下列步骤：
（一）、将待测的在役耐热不锈钢管的管壁外表面进行简单清理，使其尽可能光滑平整，以消除外层不均匀的氧化层厚度对测量结果的影响，采用电涡流加热装置，将加热组件一和加热组件二绕在待检在役耐热不锈钢管上，并架设便携式红外测量仪；
所述电涡流加热装置的结构是：加热组件一和加热组件二分别与连接标尺两端连接，所述加热组件一和加热组件二结构相同，其中所述加热组件一包括环形开口本体、加热线圈、门形加热线圈固定夹、加热线圈头锁紧装置、接线端子一、接线端子二、连接标尺滑槽和锁紧螺栓，其中加热线圈头锁紧装置与环形开口本体外表面固定连接，4个门形加热线圈固定夹的一端与环形开口本体外表面固定连接、另一端穿过环形开口本体的槽口进入环形开口本体的内部，且该加热线圈固定夹进入环形开口本体内部的一端前部有半圆形夹口，加热线圈一个端头与加热线圈头锁紧装置压接、且加热线体沿环形开口本体的内部绕行，该加热线圈的另一个端头与接线端子二固定连接，该接线端子二与环形开口本体内部固定连接，加热线圈固定夹的半圆形夹口分别与加热线体卡接，接线端子一与加热线圈头锁紧装置固定连接，连接标尺滑槽与环形开口本体一端外表面固定连接，锁紧螺栓与连接标尺滑槽表面螺纹连接；
（二）根据现场待检在役耐热不锈钢管的管径和壁厚值，选择合适的加热组件一和加热组件二的安装间距，该间距d为：
d＝(-0.09552×X1+9.63707)×X2+0.03835×X1-0.14894
其中X1为直径，X2为壁厚，单位mm，保证加热完成后两线圈之间的区域表面温度差值不超过1K；
（三）、对现场待检在役耐热不锈钢管进行加热，加热后撤去热源；用便携式红外测量仪记录钢管散热过程的红外热像信号；
（四）、通过对比红外测量仪的测量值与已绘制的氧化皮堵塞面积与热检测信号的标定图即可得到相对应的氧化皮堆积情况。
2.根据权利要求1所述的一种电涡流加热式受热面管内氧化皮堆积率红外成像检测方法，其特征在于：所述加热线圈头锁紧装置包括底座、上压件、销轴和蝶形锁紧螺丝，其中上压件一端通过销轴与底座转动连接、另一端通过蝶形锁紧螺丝与底座压接。
3.根据权利要求1所述的一种电涡流加热式受热面管内氧化皮堆积率红外成像检测方法，其特征在于：所述连接标尺的材料为具有韧性的弹簧钢。
4.根据权利要求1所述的一种电涡流加热式受热面管内氧化皮堆积率红外成像检测方法，其特征在于：所述步骤（四）中氧化皮堵塞面积与热检测信号的标定图的绘制：对已知氧化皮堵塞面积的样管进行红外热像检测，对所得结果进行分析，不同堵塞面积相对应的不同的红外热像图，绘制出不同氧化皮堵塞情况下的红外热像标定图。
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