專利名稱：基于超低頻渦流的奧氏體鍋爐管內(nèi)壁氧化皮堆積測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種基于超低頻渦流的奧氏體鍋爐管 內(nèi)壁氧化皮堆積測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
電站鍋爐過(guò)熱器、再熱器管子因氧化物脫落堆積堵塞爆管問(wèn)題早在上世紀(jì)60至 70年代，國(guó)外就將蒸汽通流部件表面氧化層的形成與剝離作為重點(diǎn)進(jìn)行過(guò)研究。在鍋爐 受熱面管子中尤其以?shī)W氏體管子內(nèi)壁氧化皮脫落堆積為嚴(yán)重，主要是奧氏體管子與氧化皮 熱膨脹系數(shù)之間的差異造成的。近年來(lái)，在國(guó)內(nèi)此類過(guò)熱器和再熱器內(nèi)壁氧化皮早期剝 落、堆積和堵塞事故越來(lái)越多，目前該問(wèn)題已成為電廠普遍存在的問(wèn)題。涉及的管材既有 TP304H、TP;347H、12X18H12T、TP316L等不銹鋼管，也有T23、T91等鐵素體類鋼管，但奧 氏體不銹鋼管蒸汽側(cè)氧化皮的剝落問(wèn)題比常見(jiàn)的鐵素體類鋼管更為突出。隨著我國(guó)火電機(jī) 組向超臨界、超超臨界參數(shù)發(fā)展，將使用大量的奧氏體材料，此類問(wèn)題將會(huì)更為突出。由于 此問(wèn)題涉及設(shè)計(jì)選材、機(jī)組運(yùn)行等多種因素，目前還難以從根本上解決，因此能及時(shí)預(yù)測(cè)和 發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)堵塞的部位就顯得尤為重要。
目前國(guó)內(nèi)外使用的方法主要有兩種，一、是傳統(tǒng)的射線拍片，二、是通過(guò)磁性測(cè)量 來(lái)確定氧化皮大致的堆積量。對(duì)彎管段進(jìn)行射線拍片，通過(guò)對(duì)底片投影進(jìn)行判斷分析管子 被氧化皮堵塞的程度，這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，檢驗(yàn)周期長(zhǎng)，且常因管屏間距、位置受限，人 為操作工藝不當(dāng)?shù)纫蛩赜绊懙灼上瘢绊懪袛嗟臏?zhǔn)確性。采用磁性測(cè)量檢測(cè)氧化皮堆積 量的原理是奧氏體不銹鋼是弱磁性材料，而氧化皮的主要成分!^e3O4是強(qiáng)磁性材料。從而 利用磁性元件，測(cè)量管子內(nèi)部磁性的大小，通過(guò)磁性的大小來(lái)大致確定內(nèi)部氧化皮堆積量 的多少。其優(yōu)點(diǎn)方法和檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)第一，對(duì)少量存在的氧化皮不敏感，需要一 定的堆積量才有反應(yīng)，堆積量較多時(shí)線性關(guān)系較差；第二，鍋爐管高溫服役下部分材質(zhì)會(huì)呈 鐵磁性，在磁性測(cè)量時(shí)會(huì)產(chǎn)生有氧化皮堆積誤判。第三，奧氏體鍋爐管在加工變形過(guò)程中容 易產(chǎn)生磁性，對(duì)于磁性無(wú)損檢測(cè)方法產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，比如管子彎頭部位，因?yàn)榧庸ぷ冃?，產(chǎn) 生了磁性。因此對(duì)彎頭部位的氧化皮測(cè)量容易產(chǎn)生很大的誤差。第四，管子內(nèi)壁存在的氧 化皮對(duì)定量影響較大。需要用存在氧化皮的基準(zhǔn)管對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。第五，測(cè)量時(shí)移動(dòng)傳 感器，磁性吸附作用會(huì)改變堆積物的原始狀態(tài)，而且堆積物被磁化后，再次測(cè)量數(shù)據(jù)明顯變 大，檢測(cè)重復(fù)性差。第六，在檢驗(yàn)過(guò)程中掃查速度、掃查方向?qū)Y(jié)果準(zhǔn)確性的存在較大影響， 受檢測(cè)人員水平影響較大。第七，對(duì)外壁有鐵素體噴涂層的管子無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。磁性測(cè)量 法主要缺陷是定量方面較差。
據(jù)報(bào)道有人試驗(yàn)渦流方法來(lái)檢測(cè)，但所采用的均基于常規(guī)渦流，工作頻率在幾千 赫茲 幾十千赫茲，也有應(yīng)用多頻渦流技術(shù)來(lái)消除干擾，提高靈敏度。然而，常規(guī)渦流由于 趨膚效應(yīng)的固有存在，要穿透較厚的管壁或較厚的氧化皮堆積物，定量測(cè)量是不現(xiàn)實(shí)的。因此尚無(wú)較大突破，至目前還沒(méi)有看到商品化產(chǎn)品。
公開(kāi)號(hào)為CN1441M6A的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種奧氏體不銹鋼管管內(nèi)氧化物的 磁性無(wú)損檢測(cè)方法及裝置，它是從非磁性的奧氏體不銹鋼管外部即彎管管段的底部施加一 個(gè)穩(wěn)恒磁場(chǎng)，將管道內(nèi)部呈強(qiáng)磁性的內(nèi)氧化物磁化，從管道外部即彎管管段的底部利用磁 場(chǎng)敏感元件檢測(cè)被磁化的氧化物產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)信號(hào)，并通過(guò)磁場(chǎng)敏感元件將其轉(zhuǎn)化為電 信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)雜散磁場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度與管道內(nèi)磁性物質(zhì)數(shù)量的正比關(guān)系在一定程度上反 映出氧化物的多少。
但是其缺點(diǎn)是第一，對(duì)少量存在的氧化皮不敏感，需要一定的堆積量才有反應(yīng)， 堆積量較多時(shí)線性關(guān)系較差；第二，鍋爐管高溫服役下部分材質(zhì)會(huì)呈鐵磁性，在磁性測(cè)量時(shí) 會(huì)產(chǎn)生有氧化皮堆積誤判。第三，奧氏體鍋爐管在加工變形過(guò)程中容易產(chǎn)生磁性，對(duì)于磁性 無(wú)損檢測(cè)方法產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，比如管子彎頭部位，因?yàn)榧庸ぷ冃危a(chǎn)生了磁性。因此對(duì)彎頭 部位的氧化皮測(cè)量容易產(chǎn)生很大的誤差。第四，管子內(nèi)壁存在的氧化皮對(duì)定量影響較大。需 要用存在氧化皮的基準(zhǔn)管對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。第五，測(cè)量時(shí)移動(dòng)傳感器，磁性吸附作用會(huì)改變 堆積物的原始狀態(tài)，而且堆積物被磁化后，再次測(cè)量數(shù)據(jù)明顯變大，檢測(cè)重復(fù)性差。第六，在 檢驗(yàn)過(guò)程中掃查速度、掃查方向?qū)Y(jié)果準(zhǔn)確性的存在較大影響，受檢測(cè)人員水平影響較大。 第七，對(duì)外壁有鐵素體噴涂層的管子無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。第八、對(duì)氧化物堆積厚度無(wú)法測(cè)量。
公開(kāi)號(hào)為CN101587096A的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)一種對(duì)不銹鋼管內(nèi)氧化皮厚度分布 進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法，采用頻率為幾千到幾十千Hz常規(guī)渦流，結(jié)合計(jì)算機(jī)采集與傳感器相 位對(duì)應(yīng)位置的信號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)確定氧化皮的厚度分布，然而，由于渦流的趨膚效應(yīng)固有存在，在 常規(guī)渦流檢測(cè)頻率下，對(duì)厚壁管子，或者氧化皮堆積厚度超過(guò)一定范圍，渦流場(chǎng)將大為削 弱，以致氧化皮的厚度增減，無(wú)法被真實(shí)地反映出來(lái)，特別是在氧化皮堵塞接近充滿管內(nèi)壁 此時(shí)厚度最大，更顯示出此方法的不足。其二，為了建立計(jì)算機(jī)采集與采集點(diǎn)的相對(duì)位置， 必須在傳感器上軸向和周向都安放類似編碼器的機(jī)械定位裝置，必然使裝置非常復(fù)雜笨 重，而且對(duì)最容易產(chǎn)生氧化皮堵塞的彎管變徑處，難于準(zhǔn)確定位。況且電站鍋爐排列都是密 集，管與管之間僅存在狹窄空間，太大的檢測(cè)裝置是無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施檢測(cè)。工程上氧化皮檢 測(cè)，往往是在搶修期間進(jìn)行，所限時(shí)間非常短暫，需要在有限的時(shí)間內(nèi)對(duì)多排管子作檢查， 占用大量時(shí)間的精細(xì)掃查，在工程應(yīng)用上是沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可做定性和定量檢測(cè)，采 用超低頻交變磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生渦流，易于透過(guò)管壁，功耗低，攜帶方便的基于超低頻渦流的奧氏 體鍋爐管內(nèi)壁氧化皮堆積測(cè)量方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種基于超低頻渦流的奧氏體鍋爐管內(nèi)壁氧化皮堆積測(cè)量方法，包括以下步驟1)傳感器的激勵(lì)線圈通過(guò)分辨率為0.1Hz，頻率范圍為1 40Hz超低頻電流，在激勵(lì) 線圈周圍產(chǎn)生超低頻交變磁場(chǎng)；2)將傳感器貼靠在奧氏體鍋爐不銹鋼管外壁；3)超低頻交變磁場(chǎng)在奧氏體鍋爐不銹鋼管壁上產(chǎn)生渦流，由于其頻率極低，從渦流標(biāo) 準(zhǔn)透入深度公式可知，渦流對(duì)交變磁場(chǎng)有阻礙作用；但是超低頻交變磁場(chǎng)能穿過(guò)奧氏體鍋爐不銹鋼管壁進(jìn)入管內(nèi)，在呈鐵磁性的氧化皮堆積物上產(chǎn)生渦電流，阻礙并削弱原有超低 頻交變磁場(chǎng)；削弱后的超低頻交變磁場(chǎng)大小與奧氏體鍋爐不銹鋼管內(nèi)氧化皮堆積量多少成 反比例關(guān)系；4)位于激勵(lì)線圈管壁的徑向或軸向方向上的傳感器接收線圈接收到途經(jīng)奧氏體鍋爐 不銹鋼管內(nèi)壁氧化皮堆積物路徑上的超低頻交變磁場(chǎng)；5)傳感器接收線圈將步驟4)中接收的包含路徑變量的信號(hào)送入檢測(cè)裝置；6)檢測(cè)裝置通過(guò)計(jì)算機(jī)處理將信號(hào)放大，濾除雜波干擾和相位分析，得到電磁場(chǎng)相位 變化與氧化皮含量變化信號(hào)的相關(guān)曲線，通過(guò)該曲線能夠得出氧化皮堆積分布數(shù)量情況。
本發(fā)明中的傳感器采用激勵(lì)線圈與接收線圈分離結(jié)構(gòu)，這種分離安置結(jié)構(gòu)包括沿 周向放置和沿徑向放置。激勵(lì)線圈由磁芯和磁環(huán)構(gòu)成高效率磁路。接收線圈安裝在聚焦磁 套內(nèi)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)利用本發(fā)明的檢測(cè)方法，可對(duì)奧氏體不銹鋼管的氧化皮堆積物的位置、數(shù)量可做定 性，定量檢測(cè)。
(2)本發(fā)明使用超低頻交變磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生渦流，在奧氏體不銹鋼管壁上僅存很小的 趨膚效應(yīng)，交變磁場(chǎng)易于透過(guò)管壁，檢測(cè)到管內(nèi)氧化皮堆積物，適合厚壁奧氏體鋼管檢測(cè)。
(3)本發(fā)明采用渦流原理，具有極低的功耗和散射磁場(chǎng)，輕巧和攜帶方便，特別適 合電源條件受限制的高空作業(yè)。微弱的交變散射磁場(chǎng)不會(huì)給管道殘留磁性造成焊接偏弧等 隱患，也不會(huì)對(duì)諸如磁盤(pán)，磁卡等磁敏感設(shè)備、物品造成損壞。
(4)本發(fā)明特別適用于空間狹窄的鍋爐等現(xiàn)場(chǎng)中應(yīng)用，原因是檢測(cè)裝置的檢測(cè)傳 感器與檢測(cè)裝置的其他部分分割開(kāi)來(lái)，彼此間通過(guò)柔性導(dǎo)線連接，檢測(cè)時(shí)，只有檢測(cè)裝置中 的檢測(cè)傳感器貼靠在鋼管外壁上去。
(5)本發(fā)明最終在屏幕上實(shí)時(shí)顯示管內(nèi)氧化皮堆積形狀相對(duì)應(yīng)的二維圖像，移動(dòng) 傳感器即刻顯示出該點(diǎn)堆積量的大小波形，不存在信號(hào)滯留，操作簡(jiǎn)便且直觀。
(6)本發(fā)明的沿軸向放置傳感器能用于檢測(cè)管軸向分布的氧化皮堆積情況，而沿 徑向放置的傳感器能用于檢測(cè)管徑向分布的氧化皮堆積情況。兩種傳感器都設(shè)計(jì)適合直管 段或者彎管徑段的檢測(cè)。
(7)本發(fā)明不僅可以用來(lái)檢測(cè)奧氏體不銹鋼內(nèi)的氧化皮堆積量，也可以檢測(cè)非鐵 磁性物質(zhì)內(nèi)含微量鐵磁性物質(zhì)存在和數(shù)量的多少，諸如奧氏體不銹鋼內(nèi)的鐵素體含量等等。


圖1是本發(fā)明線圈沿軸向放置方式的檢測(cè)原理圖； 圖2是本發(fā)明線圈沿徑向放置方式檢測(cè)原理示意圖；其中1.奧氏體不銹鋼管，2.氧化皮堆積物，3.激勵(lì)線圈，4.接收線圈。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1、2所示，一種基于超低頻渦流的奧氏體鍋爐管內(nèi)壁氧化皮堆積測(cè)量方法，包括以下步驟1)傳感器的激勵(lì)線圈3通過(guò)分辨率為0.1Hz，頻率范圍為1 40Hz超低頻電流，在激 勵(lì)線圈3周圍產(chǎn)生超低頻交變磁場(chǎng)；2)將傳感器貼靠在奧氏體鍋爐管外壁；3)超低頻交變磁場(chǎng)在奧氏體鍋爐不銹鋼管1壁上產(chǎn)生渦流，由于其頻率極低，從渦流 標(biāo)準(zhǔn)透入深度公式可知，渦流對(duì)交變磁場(chǎng)有阻礙作用；但是超低頻交變磁場(chǎng)能穿過(guò)奧氏體 鍋爐管壁進(jìn)入管內(nèi)，在呈鐵磁性的氧化皮堆積物上產(chǎn)生渦電流，阻礙并削弱原有超低頻交 變磁場(chǎng)；削弱后的超低頻交變磁場(chǎng)大小與奧氏體鍋爐不銹鋼管1內(nèi)氧化皮堆積量多少成反 比例關(guān)系；4)位于激勵(lì)線圈3管壁的徑向或軸向方向上的傳感器接收線圈4接收到途經(jīng)奧氏體鍋 爐不銹鋼管1內(nèi)壁氧化皮堆積物路徑上的超低頻交變磁場(chǎng)；5)傳感器接收線圈4將步驟4)中接收的包含路徑變量的信號(hào)送入檢測(cè)裝置；6)檢測(cè)裝置通過(guò)計(jì)算機(jī)處理將信號(hào)放大，濾除雜波干擾和相位分析，得到電磁場(chǎng)相位 變化與氧化皮含量變化信號(hào)的相關(guān)曲線，通過(guò)該曲線能夠得出氧化皮堆積分布數(shù)量情況。
本發(fā)明中的傳感器采用激勵(lì)線圈3與接收線圈4分離安置結(jié)構(gòu)，這種分離安置結(jié) 構(gòu)包括沿周向放置和沿徑向放置。激勵(lì)線圈3由磁芯和磁環(huán)構(gòu)成高效率磁路。接收線圈4 安裝在聚焦磁套內(nèi)。
如圖1所示，在奧氏體不銹鋼管1的外壁放置傳感器傳感器激勵(lì)線圈3，并通過(guò)超 低頻交變電流，在該線圈周圍建立起一個(gè)超低頻交變磁場(chǎng)。超低頻交變磁場(chǎng)在管壁上產(chǎn)生 渦電流，由于其頻率極低，渦流的趨膚效應(yīng)對(duì)交變磁場(chǎng)阻礙極小，幾乎不受非鐵磁性的奧氏 體不銹鋼的影響，穿過(guò)管壁進(jìn)入管內(nèi)部。當(dāng)超低交變磁場(chǎng)傳遞到安放在管外壁軸線方向的 接收線圈4，如果傳遞路徑上存在呈鐵磁性的氧化皮堆積物2，氧化皮將產(chǎn)生渦電流，渦電 流大小與氧化皮堆積物2數(shù)量相關(guān)，其方向與激勵(lì)線圈3產(chǎn)生交變磁場(chǎng)方向相反，阻礙原生 磁場(chǎng)變化。兩者相抵消合成交變磁場(chǎng)穿過(guò)管壁進(jìn)入接收線圈4，在該線圈上感應(yīng)出包含有氧 化皮堆積量信息的感生電動(dòng)勢(shì)。由于傳感器內(nèi)的激勵(lì)線圈3與接收線圈4的安裝位置是相 對(duì)固定，當(dāng)管內(nèi)沒(méi)有存在鐵磁性氧化皮時(shí)，接收線圈4接收到的感生電動(dòng)勢(shì)是恒定的，而當(dāng) 管道中存在氧化皮堆積物時(shí)，如上所述感生電動(dòng)勢(shì)必然會(huì)被改變，兩者電動(dòng)勢(shì)的差值，體現(xiàn) 出氧化皮堆積物的多少。
如圖2所示，軸向放置方式激勵(lì)線圈3和接收線圈4，反映了管內(nèi)軸向氧化皮堆積 物2的分布情況。圖2與圖1不同之處在于，奧氏體不銹鋼管1外壁放置的傳感器激勵(lì)線 圈3與接收線圈4分別在管徑對(duì)稱不同的方向上，由激勵(lì)線圈3產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)兩次穿過(guò) 管壁到達(dá)另一側(cè)的接收線圈，交變磁場(chǎng)穿過(guò)管內(nèi)徑的路徑上如果存在含鐵磁性的氧化皮物 質(zhì)時(shí)，其產(chǎn)生的渦電流磁場(chǎng)也將抵消原生交變磁場(chǎng)，兩者相抵后的交變磁場(chǎng)在接收線圈4 上感應(yīng)出包含有路徑上氧化皮堆積量信息的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同理傳感器內(nèi)的激勵(lì)線圈3與接 收線圈4安裝位置是相對(duì)固定。
權(quán)利要求
1. 一種基于超低頻渦流的奧氏體鍋爐管內(nèi)壁氧化皮堆積測(cè)量方法，其特征在于，包括 步驟1)傳感器的激勵(lì)線圈通過(guò)分辨率為0.1Hz，頻率范圍為1 40Hz超低頻電流，在激勵(lì) 周圍產(chǎn)生超低頻交變磁場(chǎng)；2)將傳感器貼靠在奧氏體鍋爐不銹鋼管外壁；3)超低頻交變磁場(chǎng)在奧氏體鍋爐不銹鋼管壁上產(chǎn)生渦流，由于其頻率極低，從渦流標(biāo) 入深度公式可知，渦流對(duì)交變磁場(chǎng)有阻礙作用；但是超低頻交變磁場(chǎng)能穿過(guò)奧氏體鍋銹鋼 管壁進(jìn)入管內(nèi)，在呈鐵磁性的氧化皮堆積物上產(chǎn)生渦電流，阻礙并削弱原有超低變磁場(chǎng)；削 弱后的超低頻交變磁場(chǎng)大小與奧氏體鍋爐不銹鋼管內(nèi)氧化皮堆積量多少成例關(guān)系；4)位于激勵(lì)線圈管壁的徑向或軸向方向上的傳感器接收線圈接收到途經(jīng)奧氏體鍋爐 不管內(nèi)壁氧化皮堆積物路徑上的超低頻交變磁場(chǎng)；5)傳感器接收線圈將步驟4)中接收的包含路徑變量的信號(hào)送入檢測(cè)裝置；6)檢測(cè)裝置通過(guò)計(jì)算機(jī)處理將信號(hào)放大，濾除雜波干擾和相位分析，得到電磁場(chǎng)相位 與氧化皮含量變化信號(hào)的相關(guān)曲線，通過(guò)該曲線能夠得出氧化皮堆積分布數(shù)量情況。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于超低頻渦流的奧氏體鍋爐管內(nèi)壁氧化皮堆積測(cè)量方法，包括以下步驟1)激勵(lì)線圈通過(guò)超低頻正弦波電流，產(chǎn)生超低頻交變磁場(chǎng)；2)將傳感器貼靠在奧氏體管外壁；3)超低頻交變磁場(chǎng)穿過(guò)奧氏體管壁進(jìn)入管內(nèi)，在呈鐵磁性的氧化皮堆積物上產(chǎn)生渦電流，阻礙并削弱原有超交變磁場(chǎng)；4)位于激勵(lì)線圈管壁的徑向或軸向方向上的接收線圈接收到途經(jīng)管內(nèi)壁氧化皮堆積物路徑上的超低頻交變磁場(chǎng)；5)接收線圈將接收的包含路徑變量的信號(hào)送入檢測(cè)裝置；6)檢測(cè)裝置通過(guò)計(jì)算機(jī)相位分析，得到電磁場(chǎng)相位變化與氧化皮含量變化信號(hào)的相關(guān)曲線。本發(fā)明采用超低頻交變磁場(chǎng)能夠穿透過(guò)管壁，可對(duì)奧氏體不銹鋼管的氧化皮堆積物的位置、數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N27/90GK102033105SQ201010558510
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者馮云國(guó), 劉廣興, 劉金秋, 張丙法, 李正利, 肖世榮 申請(qǐng)人:山東電力研究院