電站鍋爐水冷壁管腐蝕檢測

鍋爐是熱電廠重要的生產(chǎn)設(shè)備，其爐內(nèi)水冷壁管在長期服役中受到煙氣、煤灰和火焰等侵蝕，極易出現(xiàn)磨損、腐蝕，造成管壁局部減薄，在管內(nèi)高壓、高溫蒸汽的作用下，終產(chǎn)生管體爆裂泄漏等嚴重事故。鍋爐出現(xiàn)泄漏與一般管道出現(xiàn)泄漏不同，無法在繼續(xù)生產(chǎn)運行中進行維修，往往要停機搶修，其經(jīng)濟損失巨大，因而各電廠對減少和避免鍋爐管爆漏都非常重視，加強水冷壁管的在役運行材質(zhì)的監(jiān)測和檢查具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1. 水冷壁管內(nèi)壁腐蝕機理

造成水冷壁管管壁減薄的原因主要有外壁煙灰吹蝕和內(nèi)壁垢下腐蝕。前者出現(xiàn)在管外壁與爐內(nèi)煙氣的流向有關(guān)，有規(guī)則可循，一般均勻減薄能夠用肉眼或手感找出位置，用超聲波測厚儀可以測出其剩余厚度。而后者在管內(nèi)壁的發(fā)生位置是隨機的，目前只能靠超聲波測厚儀來局部抽查管內(nèi)腐蝕情況，但由于測量前的除垢，涂抹耦合劑的準備工序，限制了測量的數(shù)量。要在幾千根幾十米高的水冷壁管中查找出個別腐蝕坑，如同大海撈針。

由給水管路帶來或停爐時形成的含有氧化鐵及氧化銅的水渣在鍋爐水冷壁管受熱面內(nèi)壁產(chǎn)生沉積，當向火內(nèi)側(cè)內(nèi)壁金屬與這些氧化物接觸時，產(chǎn)生如下反應(yīng)。

4Fe2O3+Fe→3Fe3O4

4CuO+3Fe→Fe3O4 + Cu

反應(yīng)是以化學(xué)方式進行，氧化鐵和氧化銅為陽極，管內(nèi)壁金屬為陰極，陰極在反應(yīng)中不斷地腐蝕下去，這是垢下腐蝕的階段，管內(nèi)蒸汽與高于400°C的鐵接觸時又將發(fā)生下列反應(yīng)。

4H2O+3 Fe→Fe3O4 +4H2↑

當水冷壁管受熱面內(nèi)由于垢下腐蝕產(chǎn)生的氧化物造成蒸汽停滯或流速減小時，將發(fā)生上述反應(yīng)，并在金屬表面形成磁性氧化鐵膜（Fe3O4），稱為“蒸汽腐蝕”，所產(chǎn)生的蒸汽腐蝕后生成的氫氣如果不能較快地被氣流帶走，將與鋼管表面發(fā)生作用，使之脫碳，造成鋼材變脆，所以也稱為“氫腐蝕”。

內(nèi)壁腐蝕實質(zhì)上是化學(xué)反應(yīng)過程，局部溫度越高反應(yīng)越強烈。反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氧化物殘余物將使局部蒸汽流速減慢，上述反應(yīng)的進行，垢下腐蝕一般發(fā)生于鍋爐水冷壁管向火側(cè)內(nèi)壁，破壞形式如貝殼。垢下腐蝕發(fā)生后向發(fā)展，致使管壁穿孔爆裂。另外，被腐蝕區(qū)域的鋼材表面蓋有疏松的鐵銹層，造成管壁熱傳導(dǎo)性不良，出現(xiàn)局部管壁過熱，產(chǎn)生材質(zhì)蠕變，甚至出現(xiàn)管壁向外鼓包，終破裂。

在多次不同電廠的鍋爐檢測中，發(fā)現(xiàn)水冷壁管內(nèi)壁缺陷有的以下幾種主要特征：

⑴ 缺陷多為腐蝕坑，裂紋極少。

⑵ 所有的腐蝕坑都發(fā)生在向火側(cè)，以中間部位居多。

⑶ 腐蝕坑的面積大小，隨服役時間而發(fā)展。

⑷ 在爐墻上分布無規(guī)律可言。如某處出現(xiàn)爆管，而割開附近幾處管檢查都完好無損,運行一段時間又會在其它位置爆管。

2. 檢測原理

對在役管道的無損檢測，通常采用超聲波、熒光、磁粉、渦流和漏磁等方法，超聲波測量精度高，是一種需要耦合劑的單點測量方法，檢測效率低。熒光、磁粉法靈敏度高，但只適合檢測外表面裂紋，不能檢測管內(nèi)壁腐蝕缺陷。常規(guī)渦流法只適合表面檢測，進一步發(fā)展的遠場渦流法可以檢查管道腐蝕，然而探頭需從管道內(nèi)部穿過，這對許多封閉的容器管道是不容許的。漏磁法對管道內(nèi)部缺陷具有較高的探測靈敏度，檢測速度快，成本低，操作簡單和信號直觀清晰。

漏磁法檢測的基本原理是采用合適的勵磁回路將磁場施于管道，使管壁局部磁化飽和，當被檢區(qū)域管壁存在腐蝕坑或裂紋時，局部管壁磁阻增加，該區(qū)域的磁場產(chǎn)生畸變，部分磁場從管壁表面泄漏出來，形成局部區(qū)域漏磁場，漏磁場的分布與缺陷的性質(zhì)和幾何尺寸存在關(guān)聯(lián)。用磁敏元件獲得漏磁場分布狀況并轉(zhuǎn)化為可以觀察的電信號，即可獲及反映管道的缺陷圖形。

圖1 簡單的漏磁檢測原理描述圖

以勵磁方式不同區(qū)分，漏磁方法分為兩種：恒磁磁化和交流磁化。前者用直流電磁化或磁鐵磁化來產(chǎn)生勵磁，后者則用交變電流來激勵交變磁場。交流漏磁法除較恒磁法在檢測裝置上較輕便外，還在信號獲取增加了相位，頻率等方面的信息含量，能更多地收集缺陷特征，然而檢測裝置也相對復(fù)雜，昂貴。

為了減少交變磁場產(chǎn)生的渦流趨膚效應(yīng)，交流漏磁法工作頻率較常規(guī)渦流檢測低許多，大致在5～100Hz，視管材質(zhì)和壁厚而定。由于此特征，這種方法也稱為低頻電磁檢測，簡稱LFET。

3. 儀器與信號處理

ET-1鋼管腐蝕掃查儀采用低頻交流電磁場技術(shù)，以馬鞍形探頭附著于鋼管外壁，來掃查管內(nèi)壁腐蝕狀態(tài)。這種掃查方法檢測速度快，準確度高，省時省工，又易于實施，無須對管表面的氧化層、垢層進行清理工序，也無須涂抹耦合劑。掃查速度可達3～5米/分鐘。檢查的缺陷類型包括了腐蝕坑，流體粉塵沖刷減薄，裂紋，氧腐蝕，氫蝕等。典型的被測鋼管有鍋爐水冷壁管，過熱管、再熱管等等。

儀器的信號處理系統(tǒng)由掃查探頭、信號放大器、濾波器、相位處理電路和計算機等組成。

掃查探頭從管壁外獲得缺陷信號，經(jīng)放大后送入濾波器，依據(jù)干擾信號與缺陷真實信號不同的特征，濾除來自檢測現(xiàn)場空間的電磁干擾、探頭行進中跳動等干擾。移相器用于抵消由于管壁厚薄、材質(zhì)和探頭間隙不同而產(chǎn)生的相位差異。

經(jīng)過預(yù)處理的信號由計算機采集成數(shù)字信號，進行數(shù)字處理，以計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力，實現(xiàn)人機對話，圖像存儲，打印記錄等功能。