奥氏体锅炉管内氧化皮堆积厚度脉冲涡流检测技术研究

发布时间：2020-06-21 22:35

【摘要】：近年来,为提高发电效率以及发展低碳经济,超临界、超超临界机组已成为我国火力发电的主力机组。作为火力发电厂锅炉的关键承压部件,锅炉管广泛采用了具有高热强度和高蠕变强度的奥氏体不锈钢。由于奥氏体不锈钢抗蒸汽氧化性能较差,在长期高温蒸汽作用下会发生蒸汽侧氧化现象。在热应力的诱导下,氧化皮易发生脱落并在管内逐渐堆积,导致管道超温及堵塞,最终引发机组事故。因此,使用无损检测技术对氧化皮堆积厚度进行定期检测,以便及时发现并替换问题管道,对保障机组长期安全运行至关重要。现有磁性检测法在氧化皮堆积较少时检测灵敏度较低,堆积较多时检测信号又趋于饱和,难以精确定量;常规涡流检测法则难以穿透较厚的管壁与堆积的氧化皮,且均未解决高温服役后奥氏体发生磁性转变而带来的误判问题。本学位论文围绕奥氏体管内氧化皮堆积厚度检测难题,应用脉冲涡流检测技术进行了探索性研究,主要工作如下:(1)基于ANSYS有限元仿真,以实现锅炉管内氧化皮堆积定量检测为目标,研究了脉冲涡流检测信号随氧化皮堆积厚度变化的关系,发现信号电压峰值随堆积厚度增加成线性增长的规律,且该规律在任意堆积量下都保持稳定。(2)分析了管壁厚度、传感器偏移距离及氧化皮堆积形态等因素对脉冲涡流检测信号的影响,仿真结果表明传感器信号峰值随偏移距离的增大而逐渐减小,可用于实现管内氧化皮堆积区域的定位;信号峰值随管壁厚度的增加而线性减小,说明在检测不同规格管道时,需要对传感器输出信号峰值进行线性补偿。通过EDEM与Fluent软件建立了锅炉管弯头氧化皮堆积的离散元-流体动力联合仿真模型,确定了易发生氧化皮堆积的位置,研究了氧化皮堆积位置与蒸汽流速、压力及氧化皮物性参数的关系。(3)在实验室内搭建了脉冲涡流检测平台,研制了由扁平电缆线和插座组成的外置式传感器,在TP347H锅炉管样管上进行了一系列实验,以验证方法的有效性及其在不同检测工况下的适用性:传感器信号峰值随传感器提离高度增加而线性减小,有利于对检测结果进行提离补偿;利用传感器线圈阵列,可检出管内氧化皮堆积的不均匀性,从而能识别出易引起堵塞的严重堆积点;通过对检测信号进行预差分的方法,可消除高温服役后管壁磁性转变带来的影响,提高检测精度。研究成果拓展了脉冲涡流检测技术的应用范围,同时为非破坏性检测锅炉管内氧化皮堆积量、及时预防超(超)临界火电机组的锅炉爆管事故提供了一种新方法。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621.2;TG115.28
【图文】：

1图 1.1 印度 Unchahar 发电厂锅炉管道发生爆炸，因出现管内脱落氧化皮堆积堵塞，扬州第二发电站两台机管，使得电站停机，无法进行正常生产工作；2009 年珠海金同样由于脱落氧化皮堆积堵塞引起爆管，使得整个电站完ebareli 区 Unchahar 发电厂的锅炉管道因为氧化物堵塞引起爆

氏体锅炉管氧化皮检测概述前，国内外市面上针对奥氏体锅炉管道内氧化皮堆积的检测方法主要有超声检测、磁性检测、声振检测与涡流检测法等。其中：超声检测法是最早被用于锅化皮堆积厚度检测的方法，其原理为根据所生成氧化物中储存应变能与其自身度及时间等量值的关系，能够有效预测氧化皮的生长、脱落时间[5-6]。但超声主要依靠界面回波，仅适用于尚未剥离壁面的氧化皮测量，对已脱落氧化皮在堆积形态的检测效果差。线检测法主要基于管壁与氧化皮对射线吸收程度的差异，通过对所获射线底片分析来判断管内氧化皮堆积的具体形态。其方法准确有效，但锅炉管发生蒸汽易出现氧化皮堆积堵塞的部位主要为过热管与再热管，在超临界机组中经粗略有二千多根管子，四千多个弯头，电站机组停机期间一般可用于检测的时间在 天内，甚至更短，使用射线检测不但无法满足其工期要求，同时亦存在有辐用昂贵且受管排狭小空间限制等矛盾[14-16]。

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本文编号：2724749