李贊 沈英杰
摘要:超臨界鍋爐高溫管屏的管道數(shù)目極多,管道布置也很復(fù)雜。到目前為止還沒有一套對(duì)鍋爐高溫管內(nèi)氧化皮堵塞進(jìn)行在線檢測(cè)的裝置和方法。不少電廠采取了“逢停必查”“有疑必割管換管”的被動(dòng)方法,這樣給電廠帶來了巨大經(jīng)濟(jì)損失,也給電網(wǎng)安全穩(wěn)定性帶來了威脅。目前,人們進(jìn)行氧化皮檢測(cè),常用的方法包括超聲波檢測(cè)法、射線照相法等。這些方法雖然在一定程度上能夠檢測(cè)到鍋爐受熱面堵塞的問題,但是存在工作量大,檢修耗時(shí)長,易返工,重復(fù)性差等缺點(diǎn)。因此開發(fā)出一種操作簡(jiǎn)單,快捷高效的氧化皮在線檢測(cè)裝置對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行將具有十分重要的意義。
關(guān)鍵詞:超臨界;鍋爐;高溫受熱
1. 無損檢測(cè)的原理
無損檢測(cè)是指以不損害檢測(cè)對(duì)象的使用性能和不影響檢測(cè)對(duì)象的狀態(tài)為前提,對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)檢測(cè)以及質(zhì)量控制的檢測(cè)方法。隨著火電機(jī)組延壽工作的開展,鍋爐管道無損檢測(cè)在確保設(shè)備安全運(yùn)行方面將起著更大的作用。無損檢測(cè)技術(shù)將會(huì)向著完全自動(dòng)化方向發(fā)展。超臨界鍋爐高溫受熱面管內(nèi)氧化皮無損檢測(cè)的目的是通過檢測(cè)管內(nèi)氧化皮生成與剝落狀況,定量分析氧化皮厚度與強(qiáng)度的關(guān)系,并對(duì)檢測(cè)到氧化皮過多或堵管的管段進(jìn)行換管,以保證電站鍋爐的安全運(yùn)行。
2. 常用的無損檢測(cè)技術(shù)
鍋爐受熱面管內(nèi)氧化皮常用的無損檢測(cè)方法是有超聲波和射線照相法。
2.1 超聲波檢測(cè)
2.1.1 基本原理
超聲波檢測(cè)是在試件上引入超聲波能量束并檢測(cè)試件內(nèi)缺陷對(duì)能量的干擾。聲波穿過試件時(shí)會(huì)產(chǎn)生能量衰減并在分界面上發(fā)生反射。然后對(duì)反射波束進(jìn)行分析,進(jìn)而評(píng)估是否存在缺陷以及缺陷的形態(tài)和位置等。
超聲波檢測(cè)主要應(yīng)用于檢測(cè)各種材料特性和狀態(tài),適用于試件表面和內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。試件必須具有傳播超聲波能量并具有引入和檢測(cè)反射、透射、散射聲波能量的幾何結(jié)構(gòu)。
2.1.2 超聲波檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)
與其他無損檢測(cè)技術(shù)相比,超聲檢測(cè)具有檢測(cè)深度大范圍廣,定位準(zhǔn),靈敏度高,效率高成本低,操作簡(jiǎn)單,對(duì)身體無害等特點(diǎn)。
2.2 射線拍片法
2.2.1 基本原理
射線拍片是指用X射線、γ射線和中子對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行透視拍片并以膠片作為記錄載體的一種無損檢測(cè)方法。由于高溫受熱面管和其所生成的氧化皮對(duì)X射線和γ射線的感光特性和吸收能力不同,即透過有氧化皮部位的射線強(qiáng)度與無氧化皮部位的射線強(qiáng)度不同,氧化皮對(duì)射線的吸收能力大大低于金屬對(duì)射線的吸收能力,當(dāng)X射線透過受熱面管時(shí),在射線感光的膠片上往往形成不同黑度的圖像。
通過觀察記錄(感光)在射線照相膠片(底片)上的有關(guān)X射線或γ射線在兩種物質(zhì)中發(fā)生的衰減變化,來判定受熱面管內(nèi)部是否存在氧化皮,從而在不破壞或不損害受熱面的情況下,評(píng)估其質(zhì)量和壽命狀況,做出合理的處置方式來避免管道超溫爆管。
2.2.2 射線拍片法的優(yōu)缺點(diǎn)
射線拍片技術(shù)檢測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)有:應(yīng)用廣泛、準(zhǔn)確性高。缺點(diǎn)為:射線檢測(cè)設(shè)備不易攜帶;對(duì)工作環(huán)境要求高,檢測(cè)時(shí)周圍人員必須全部撤離現(xiàn)場(chǎng);對(duì)人體傷害大;操作復(fù)雜,速度慢,需要較多的時(shí)間;檢測(cè)成本高;容易漏檢誤判。
3. 氧化皮堵塞在線檢測(cè)技術(shù)
3.1 氧化皮堵塞在線檢測(cè)裝置的構(gòu)成
數(shù)據(jù)采集器還連接有管壁溫度監(jiān)測(cè)模塊和管壁溫變化趨勢(shì)監(jiān)測(cè)模塊。管壁溫度監(jiān)測(cè)模塊連接顯示器,可顯示高溫管道壁溫?cái)?shù)據(jù)同時(shí)兼有超溫報(bào)警的功能。管壁溫變化趨勢(shì)監(jiān)測(cè)模塊連接顯示器,可顯示壁溫變化的趨勢(shì)數(shù)據(jù)同時(shí)兼有趨勢(shì)報(bào)警的功能。另外,數(shù)據(jù)采集器還設(shè)置有通訊接口,可以通過通訊接口與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞,數(shù)據(jù)采集器采用單片機(jī)AT89C51,單片機(jī)帶有儲(chǔ)存器,將采集到的溫度數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于儲(chǔ)存器中。
預(yù)警控制器,由溫度偏差模塊和壁溫變化率模塊構(gòu)成,這兩個(gè)模塊將數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)傳遞過來的管壁溫差及溫度變化率的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯計(jì)算,做出超臨界鍋爐高溫管內(nèi)是否發(fā)生氧化皮堵塞的判斷,從而決定是否向報(bào)警設(shè)備發(fā)出報(bào)警指令。
3.2 氧化皮堵塞在線檢測(cè)裝置的原理
超臨界鍋爐高溫管內(nèi)氧化皮堵塞在線檢測(cè)裝置的工作原理如下:將各個(gè)溫度傳感器布置在鍋爐各管屏靠近出口集箱附近的各高溫管道上,并對(duì)設(shè)有溫度傳感器的管道位置進(jìn)行編號(hào),各個(gè)溫度傳感器將鍋爐高溫管道的壁溫轉(zhuǎn)變成電信號(hào)傳遞至數(shù)據(jù)采集器;數(shù)據(jù)采集器將溫度數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、并發(fā)送給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)把管壁溫差及溫度變化率的數(shù)據(jù)傳給預(yù)警控制器;根據(jù)超臨界鍋爐管壁溫度與管內(nèi)氧化皮堵塞存在強(qiáng)烈的耦合關(guān)系,預(yù)警控制器通過溫度偏差模塊和溫度變化率模塊與預(yù)先在其內(nèi)設(shè)定好的關(guān)于氧化皮堵塞的參數(shù)進(jìn)行邏輯計(jì)算,做出堵塞是否發(fā)生的判斷,再根據(jù)這種判斷決定是否給出氧化皮堵塞信號(hào),若沒有氧化皮發(fā)生堵塞,則顯示正常壁溫及其變化趨勢(shì),若有氧化皮堵塞,則預(yù)警控制器將氧化皮堵塞信號(hào)傳遞給報(bào)警設(shè)備,報(bào)警設(shè)備的二極管亮紅燈,蜂鳴器鳴笛,同時(shí)PC主機(jī)的顯示屏上顯示堵塞的管道編號(hào)、管壁溫度及變化趨勢(shì),并在鍋爐高溫管道上找到相同編號(hào)的所在位置,該位置即是發(fā)生氧化皮堵塞的位置。由此實(shí)現(xiàn)了超臨界鍋爐高溫管道內(nèi)氧化皮堵塞的快速在線監(jiān)測(cè)與預(yù)警。
3.3 氧化皮堵塞在線檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)
一是該檢測(cè)方法能準(zhǔn)確快捷地檢測(cè)出氧化皮堵塞管道的具體部位,從而為及時(shí)消除氧化皮堵塞贏得了時(shí)間,有效地防止了鍋爐由此而出現(xiàn)超溫爆管事故,大大地提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。二是該檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)單,且與鍋爐啟動(dòng)、運(yùn)行、停爐同步進(jìn)行,數(shù)據(jù)與機(jī)組相關(guān)參數(shù)在線連接,同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)并行處理技術(shù),實(shí)時(shí)性好。三是該檢測(cè)方法可以通過通訊接口與其他設(shè)備進(jìn)行高溫管壁溫度及其變化趨勢(shì)數(shù)據(jù)傳遞。四是該檢測(cè)方法還兼有高溫管壁溫度及其變化趨勢(shì)實(shí)時(shí)顯示及報(bào)警功能。
4. 結(jié)論
合理有效的無損檢測(cè)技術(shù)是確保鍋爐安全運(yùn)行的重要的手段。隨著越來越多的超臨界機(jī)組的投產(chǎn)運(yùn)行,必然對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)的要求越來越高。因此,在保證完善傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上,有針對(duì)性地開發(fā)一些新的無損檢測(cè)方法,具有非常重要的意義。根據(jù)超臨界鍋爐管壁溫度與管內(nèi)氧化皮堵塞存在強(qiáng)烈的耦合關(guān)系,提出的氧化皮檢測(cè)一種全新的方法,為今后開發(fā)出適應(yīng)電廠實(shí)際的、便捷的無損檢測(cè)技術(shù)及裝置打下了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。
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