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金属磁记忆无损检测的应用

2014/9/18 16:34:20  来源:中国计量测控网 
字号: 13号字 16号字

  摘 要:针对沙角C电厂3台机组末级再热器炉顶穿墙管爆漏的严重情况,应用金属磁记忆无损检测技术对爆管原因进行分析,为此,介绍了金属磁记忆无损检测技术的原理、检测仪器、检测方法;比较分析了金属磁记忆无损检测技术和传统无损检测技术的根本区别,指出它所具有的优越性。文章最后总结出:磁记忆检验是这类爆漏管子事故早期诊断并实现状态检修的有效手段。

  关键词:末级再热器;金属磁记忆;无损检测;爆管

  1 ABB-CE公司660 MW机组末级再热器结构及爆管基本情况

  沙角C电厂3台机组锅炉是由美国ABBCE公司生产的亚临界压力中间再循环汽包炉。该种型号锅炉末级再热器穿顶棚处的结构属于典型的高冠密封结构,自投运以来,高冠密封结构中的密封板与管子角焊缝频繁发生爆破事故,导致非计划停炉次数居高不下,造成极大的经济损失。由于该电厂是广东动力基地,频繁的爆漏事故给电网的安全运行形成了极大的隐患,能找到一种简便易行的方法来实现对此类焊缝失效的预先报警,显得刻不容缓。

  爆漏现场见图1所示。在图1所示的结构中,从前往后数第1~20根为进口段,进口管焊缝为TP304H管子(φ63.5 mm×3.38 mm)和T12管子(φ63.5 mm×3.38 mm)对接;从前往后数第21~40根的大小头结构为出口段,大头材质为TP304H,规格为φ63.5 mm×3.38 mm,小头材质为T22,规格为φ47.63 mm×4.57 mm,密封板母材为2.25Cr-1Mo钢。

  2002年10月20日,1号炉末级再热器炉顶穿墙管发生爆漏,泄漏部位为A侧(炉左侧),从炉前往炉后数,第3排第18,19,20根管和第4排第20,21,22根管,共6根管。1号机组投入运行至爆漏时共累计运行时间为50 714 h,累计起停次数为107次。

  通过图1的现场爆口形貌,初步分析认为爆漏是在这种高冠密封结构之中。由于密封板与管子连接焊缝存在焊接缺陷或是由于连接焊缝处密封板与管子膨胀不同步造成应力分布不均匀,在应力作用下导致管子爆漏。

  2锅炉焊缝失效早期诊断的有效手段——磁记忆探伤

  铁磁材料内部的各种不均匀性(如形状、结构及含有夹杂或缺陷等)往往是应力集中的部位。应力集中将使得材料在该区域的磁畴取向发生改变,在地磁环境中表现为局部的磁场异常,形成所谓的“漏磁场”,这就是地磁场激励下应力磁检测方法的物理基础。基于这一理论,只要构件中开始出现应力集中或缺陷,就会产生磁状态的不可逆变化,并在该区域内发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向的和不可逆的重新取向,因而可通过磁场测量检测出来。在铁磁制件承受拉伸、压缩、扭转和周期性载荷时发生的剩余磁性的变化,都与最大作用应力有关系。在应变集中区,具有很高的应力能,在应力能的作用下,引起工件内部的磁畴在地球磁场中作畴壁的位移甚至不可逆的重新取向排列,产生磁弹性能来抵消应力能的增加,从而在应力集中区形成微弱的磁场,其分布形式类似缺陷的漏磁场,表现为金属的磁记忆特性。磁场的切向分量HP(x)具有最大值,而法向分量HP(y)改变符号且具有零值点。通过对漏磁场法向分量HP(y)的测定,便可以准确地推断工件的应力集中区,这非常有利于构件缺陷的早期检测与预防。

  常规无损检测方法(超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤、渗透探伤等)都以缺陷检测为主要目标。尽管应力的变化对检测结果有一定的影响(如超声波检测),但使用常规的无损检测却不能判定部件的应力状态,仅能检出已发展成形的缺陷,均是缺陷和事故后的处理。金属磁记忆检测技术是迄今为止对金属构件进行早期诊断的唯一可行的无损检测方法。

  3末级再热器穿顶棚处入口段密封板(高冠密封结构)焊缝的磁记忆检测

  2003年1~2月,利用小修、抢修机会,用EMS-2000型磁记忆仪,对沙角C电厂2号炉、3号炉末级再热器穿顶棚处入口段密封板焊缝进行了100%的磁记忆检验。

  3.1仪器及调试

  3.1.1仪器

  采用智能磁记忆金属诊断仪和传感器。

  3.1.2仪器调试

  程序:采用单踪;

  显示:阴影、时基;

  调试:开机后按仪器提示进行归一化和平衡处理。

  3.2检测方法

  金属磁记忆的检测原理是铁磁性部件缺陷或应力集中区域磁场的切向分量HP(x)具有最大值,法向分量HP(y)改变符号且具有零值,故可通过分析磁场强度法向分量的符号及K值(K=dHYP/dx)变化来完成对部件上是否存在缺陷(或应力集中区域)的检测,检测时传感器需与被检工件垂直,见图2所示。

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