弱铁磁性奥氏体不锈钢管内氧化皮检测技术

摘要

【目的】为提高机组发电效率和加快发展绿色低碳经济，超(超)临界机组已经逐渐成为国内火力发电的主力机组。作为超(超)临界机组的关键部件，锅炉管大多采用奥氏体不锈钢管制作。锅炉管长期在高温高压和蒸汽的环境下服役，管道内壁因发生氧化而产生氧化皮。机组的启停导致内壁的氧化皮易发生脱落并堆积在管内，当氧化皮的堆积量达到一定程度时会导致管道局部堵塞，从而引发爆管事故。然而，现场氧化皮的定量检测一般采用磁性无损检测方法，但冷加工和长期老化等原因使得锅炉管具有弱铁磁性，导致现有的氧化皮磁性定量检测方法的测量结果不准确。【方法】针对弱铁磁性奥氏体不锈钢管内氧化皮堵塞量检测的问题，通过扩大磁路的方式提出了一种新型磁性检测方法。采用有限元模拟将现有磁性检测方法与新型磁性检测方法的仿真结果作对比，分析了现有磁性检测方法无法应用于弱铁磁性锅炉管内氧化皮检测的原因。【结果】对于现有磁性检测方法，当锅炉管有弱铁磁性时，氧化皮堵塞面积比的绝对误差值范围为138%～474%;对于新型磁性检测方法，当锅炉管有弱铁磁性时，氧化皮堵塞面积比的绝对误差值范围为3.4%～6.7%,新型磁性检测方法绝对误差值远小于现有磁性检测方法，新型磁性检测方法受管磁性影响较小，可适用于弱铁磁性锅炉管内氧化皮的定量检测。利用新型磁性检测方法，通过不同壁厚标准试样内不同堵塞面积比氧化皮的检测实验，建立了检测信号值与不同壁厚标准试样内的不同氧化皮堵塞面积比之间的对应关系，验证了上述仿真结果的正确性；通过对装有不同堵塞面积比氧化皮的现场管进行实验，验证了标定公式的正确性，并计算了新型磁性检测方法的检测误差值。试样标定实验测得弱铁磁性试样内氧化皮堵塞面积比的最大绝对误差值范围为1.2%～5.6%,最大绝对误差值小于5.6%,现场管实验测得弱铁磁性试样内氧化皮堵塞面积比的最大绝对误差值范围为1.5%～6.4%,最大绝对误差值小于6.4%。【结论】新型磁性检测方法受管壁磁性影响较小，误差值满足实际工程需要，该技术可实现对弱铁磁性奥氏体不锈钢管内氧化皮堵塞量的无损检测与评定。

关键词

弱铁磁性 / 奥氏体不锈钢管 / 氧化皮 / 仿真 / 磁路 / 磁性检测 / 有限元 / 无损检测

基金资助

辽宁省教育厅基金项目(L2020007)