專利名稱：基于超低頻渦流的奧氏體鍋爐管內(nèi)壁氧化皮堆積測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁無損檢測領(lǐng)域，尤其是一種基于超低頻渦流的奧氏體鍋爐管 內(nèi)壁氧化皮堆積測量方法。
背景技術(shù)：
電站鍋爐過熱器、再熱器管子因氧化物脫落堆積堵塞爆管問題早在上世紀(jì)60至 70年代，國外就將蒸汽通流部件表面氧化層的形成與剝離作為重點進(jìn)行過研究。在鍋爐 受熱面管子中尤其以奧氏體管子內(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，在國內(nèi)此類過熱器和再熱器內(nèi)壁氧化皮早期剝 落、堆積和堵塞事故越來越多，目前該問題已成為電廠普遍存在的問題。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)氧化皮的剝落問題比常見的鐵素體類鋼管更為突出。隨著我國火電機(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，此類問題將會更為突出。由于 此問題涉及設(shè)計選材、機(jī)組運行等多種因素，目前還難以從根本上解決，因此能及時預(yù)測和 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、是通過磁性測量 來確定氧化皮大致的堆積量。對彎管段進(jìn)行射線拍片，通過對底片投影進(jìn)行判斷分析管子 被氧化皮堵塞的程度，這種方法費時費力，檢驗周期長，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?，影響判斷的?zhǔn)確性。采用磁性測量檢測氧化皮堆積 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，測量管子內(nèi)部磁性的大小，通過磁性的大小來大致確定內(nèi)部氧化皮堆積量 的多少。其優(yōu)點方法和檢測裝置簡單。缺點第一，對少量存在的氧化皮不敏感，需要一 定的堆積量才有反應(yīng)，堆積量較多時線性關(guān)系較差；第二，鍋爐管高溫服役下部分材質(zhì)會呈 鐵磁性，在磁性測量時會產(chǎn)生有氧化皮堆積誤判。第三，奧氏體鍋爐管在加工變形過程中容 易產(chǎn)生磁性，對于磁性無損檢測方法產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，比如管子彎頭部位，因為加工變形，產(chǎn) 生了磁性。因此對彎頭部位的氧化皮測量容易產(chǎn)生很大的誤差。第四，管子內(nèi)壁存在的氧 化皮對定量影響較大。需要用存在氧化皮的基準(zhǔn)管對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。第五，測量時移動傳 感器，磁性吸附作用會改變堆積物的原始狀態(tài)，而且堆積物被磁化后，再次測量數(shù)據(jù)明顯變 大，檢測重復(fù)性差。第六，在檢驗過程中掃查速度、掃查方向?qū)Y(jié)果準(zhǔn)確性的存在較大影響， 受檢測人員水平影響較大。第七，對外壁有鐵素體噴涂層的管子無法進(jìn)行檢測。磁性測量 法主要缺陷是定量方面較差。
據(jù)報道有人試驗渦流方法來檢測，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，定量測量是不現(xiàn)實的。因此尚無較大突破，至目前還沒有看到商品化產(chǎn)品。
公開號為CN1441M6A的發(fā)明專利申請公開了一種奧氏體不銹鋼管管內(nèi)氧化物的 磁性無損檢測方法及裝置，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 個穩(wěn)恒磁場，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 場敏感元件檢測被磁化的氧化物產(chǎn)生的雜散磁場信號，并通過磁場敏感元件將其轉(zhuǎn)化為電 信號進(jìn)行檢測。根據(jù)雜散磁場信號強(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。
但是其缺點是第一，對少量存在的氧化皮不敏感，需要一定的堆積量才有反應(yīng)， 堆積量較多時線性關(guān)系較差；第二，鍋爐管高溫服役下部分材質(zhì)會呈鐵磁性，在磁性測量時 會產(chǎn)生有氧化皮堆積誤判。第三，奧氏體鍋爐管在加工變形過程中容易產(chǎn)生磁性，對于磁性 無損檢測方法產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，比如管子彎頭部位，因為加工變形，產(chǎn)生了磁性。因此對彎頭 部位的氧化皮測量容易產(chǎn)生很大的誤差。第四，管子內(nèi)壁存在的氧化皮對定量影響較大。需 要用存在氧化皮的基準(zhǔn)管對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。第五，測量時移動傳感器，磁性吸附作用會改變 堆積物的原始狀態(tài)，而且堆積物被磁化后，再次測量數(shù)據(jù)明顯變大，檢測重復(fù)性差。第六，在 檢驗過程中掃查速度、掃查方向?qū)Y(jié)果準(zhǔn)確性的存在較大影響，受檢測人員水平影響較大。 第七，對外壁有鐵素體噴涂層的管子無法進(jìn)行檢測。第八、對氧化物堆積厚度無法測量。
公開號為CN101587096A的發(fā)明專利申請公開一種對不銹鋼管內(nèi)氧化皮厚度分布 進(jìn)行無損檢測的方法，采用頻率為幾千到幾十千Hz常規(guī)渦流，結(jié)合計算機(jī)采集與傳感器相 位對應(yīng)位置的信號數(shù)據(jù)來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)渦流檢測頻率下，對厚壁管子，或者氧化皮堆積厚度超過一定范圍，渦流場將大為削 弱，以致氧化皮的厚度增減，無法被真實地反映出來，特別是在氧化皮堵塞接近充滿管內(nèi)壁 此時厚度最大，更顯示出此方法的不足。其二，為了建立計算機(jī)采集與采集點的相對位置， 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，太大的檢測裝置是無法在現(xiàn)場實施檢測。工程上氧化皮檢 測，往往是在搶修期間進(jìn)行，所限時間非常短暫，需要在有限的時間內(nèi)對多排管子作檢查， 占用大量時間的精細(xì)掃查，在工程應(yīng)用上是沒有實際應(yīng)用價值。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，采 用超低頻交變磁場來產(chǎn)生渦流，易于透過管壁，功耗低，攜帶方便的基于超低頻渦流的奧氏 體鍋爐管內(nèi)壁氧化皮堆積測量方法。
為實現(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)壁氧化皮堆積測量方法，包括以下步驟1)傳感器的激勵線圈通過分辨率為0.1Hz，頻率范圍為1 40Hz超低頻電流，在激勵 線圈周圍產(chǎn)生超低頻交變磁場；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，渦流對交變磁場有阻礙作用；但是超低頻交變磁場能穿過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；削弱后的超低頻交變磁場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；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送入檢測裝置；6)檢測裝置通過計算機(jī)處理將信號放大，濾除雜波干擾和相位分析，得到電磁場相位 變化與氧化皮含量變化信號的相關(guān)曲線，通過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)點在于(1)利用本發(fā)明的檢測方法，可對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。
(2)本發(fā)明使用超低頻交變磁場來產(chǎn)生渦流，在奧氏體不銹鋼管壁上僅存很小的 趨膚效應(yīng)，交變磁場易于透過管壁，檢測到管內(nèi)氧化皮堆積物，適合厚壁奧氏體鋼管檢測。
(3)本發(fā)明采用渦流原理，具有極低的功耗和散射磁場，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不會給管道殘留磁性造成焊接偏弧等 隱患，也不會對諸如磁盤，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)場中應(yīng)用，原因是檢測裝置的檢測傳 感器與檢測裝置的其他部分分割開來，彼此間通過柔性導(dǎo)線連接，檢測時，只有檢測裝置中 的檢測傳感器貼靠在鋼管外壁上去。
(5)本發(fā)明最終在屏幕上實時顯示管內(nèi)氧化皮堆積形狀相對應(yīng)的二維圖像，移動 傳感器即刻顯示出該點堆積量的大小波形，不存在信號滯留，操作簡便且直觀。
(6)本發(fā)明的沿軸向放置傳感器能用于檢測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管徑向分布的氧化皮堆積情況。兩種傳感器都設(shè)計適合直管 段或者彎管徑段的檢測。
(7)本發(fā)明不僅可以用來檢測奧氏體不銹鋼內(nèi)的氧化皮堆積量，也可以檢測非鐵 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原理圖； 圖2是本發(fā)明線圈沿徑向放置方式檢測原理示意圖；其中1.奧氏體不銹鋼管，2.氧化皮堆積物，3.激勵線圈，4.接收線圈。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
如圖1、2所示，一種基于超低頻渦流的奧氏體鍋爐管內(nèi)壁氧化皮堆積測量方法，包括以下步驟1)傳感器的激勵線圈3通過分辨率為0.1Hz，頻率范圍為1 40Hz超低頻電流，在激 勵線圈3周圍產(chǎn)生超低頻交變磁場；2)將傳感器貼靠在奧氏體鍋爐管外壁；3)超低頻交變磁場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，渦流對交變磁場有阻礙作用；但是超低頻交變磁場能穿過奧氏體 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；削弱后的超低頻交變磁場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；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送入檢測裝置；6)檢測裝置通過計算機(jī)處理將信號放大，濾除雜波干擾和相位分析，得到電磁場相位 變化與氧化皮含量變化信號的相關(guān)曲線，通過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線圈3，并通過超 低頻交變電流，在該線圈周圍建立起一個超低頻交變磁場。超低頻交變磁場在管壁上產(chǎn)生 渦電流，由于其頻率極低，渦流的趨膚效應(yīng)對交變磁場阻礙極小，幾乎不受非鐵磁性的奧氏 體不銹鋼的影響，穿過管壁進(jìn)入管內(nèi)部。當(dāng)超低交變磁場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)，其方向與激勵線圈3產(chǎn)生交變磁場方向相反，阻礙原生 磁場變化。兩者相抵消合成交變磁場穿過管壁進(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勢。由于傳感器內(nèi)的激勵線圈3與接收線圈4的安裝位置是相 對固定，當(dāng)管內(nèi)沒有存在鐵磁性氧化皮時，接收線圈4接收到的感生電動勢是恒定的，而當(dāng) 管道中存在氧化皮堆積物時，如上所述感生電動勢必然會被改變，兩者電動勢的差值，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線 圈3與接收線圈4分別在管徑對稱不同的方向上，由激勵線圈3產(chǎn)生的交變磁場兩次穿過 管壁到達(dá)另一側(cè)的接收線圈，交變磁場穿過管內(nèi)徑的路徑上如果存在含鐵磁性的氧化皮物 質(zhì)時，其產(chǎn)生的渦電流磁場也將抵消原生交變磁場，兩者相抵后的交變磁場在接收線圈4 上感應(yīng)出包含有路徑上氧化皮堆積量信息的感應(yīng)電動勢，同理傳感器內(nèi)的激勵線圈3與接 收線圈4安裝位置是相對固定。
權(quán)利要求
1. 一種基于超低頻渦流的奧氏體鍋爐管內(nèi)壁氧化皮堆積測量方法，其特征在于，包括 步驟1)傳感器的激勵線圈通過分辨率為0.1Hz，頻率范圍為1 40Hz超低頻電流，在激勵 周圍產(chǎn)生超低頻交變磁場；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，渦流對交變磁場有阻礙作用；但是超低頻交變磁場能穿過奧氏體鍋銹鋼 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；削 弱后的超低頻交變磁場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；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送入檢測裝置；6)檢測裝置通過計算機(jī)處理將信號放大，濾除雜波干擾和相位分析，得到電磁場相位 與氧化皮含量變化信號的相關(guān)曲線，通過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)壁氧化皮堆積測量方法，包括以下步驟1)激勵線圈通過超低頻正弦波電流，產(chǎn)生超低頻交變磁場；2)將傳感器貼靠在奧氏體管外壁；3)超低頻交變磁場穿過奧氏體管壁進(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；4)位于激勵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；5)接收線圈將接收的包含路徑變量的信號送入檢測裝置；6)檢測裝置通過計算機(jī)相位分析，得到電磁場相位變化與氧化皮含量變化信號的相關(guān)曲線。本發(fā)明采用超低頻交變磁場能夠穿透過管壁，可對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。
文檔編號G01N27/90GK102033105SQ201010558510
公開日2011年4月27日 申請日期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, 劉廣興, 劉金秋, 張丙法, 李正利, 肖世榮 申請人:山東電力研究院