金屬磁記憶無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用
文章出處：http://www.diuleng.cn/責(zé)任編輯：消防檢測(cè)儀器設(shè)備人氣：722發(fā)表時(shí)間：2020-09-21 14:04:31
針對(duì)沙角C電廠3臺(tái)機(jī)組末級(jí)再熱器爐頂穿墻管爆漏的嚴(yán)重情況，應(yīng)用金屬磁記憶無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)爆管原因進(jìn)行分析，為此，介紹了金屬磁記憶無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的原理、檢測(cè)儀器、檢測(cè)方法；比較分析了金屬磁記憶無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的根本區(qū)別，指出它所具有的優(yōu)越性。文章最后總結(jié)出：磁記憶檢驗(yàn)是這類爆漏管子事故早期診斷并實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的有效手段。
關(guān)鍵詞：末級(jí)再熱器；金屬磁記憶；無(wú)損檢測(cè)；爆管
Application of nondestructive test with metal magnetic memory
LIN Jiedong1, LIU Hongwen1, ZHONG Wanli1, HE Weizhong2, HE Fengsheng1
NI Jinfei1
2. Shajiao C Power Plant, Dongguan, Guangdong 523908, China）
Abstract: Nondestructive test （NDT） technique with metal magnetic memory is used to
diagnose the serious burst of the final
Key words: final
1 ABB-CE公司660 MW機(jī)組末級(jí)再熱器結(jié)構(gòu)及爆管基本情況
沙角C電廠3臺(tái)機(jī)組鍋爐是由美國(guó)ABBCE公司生產(chǎn)的亞臨界壓力中間再循環(huán)汽包爐。該種型號(hào)鍋爐末級(jí)再熱器穿頂棚處的結(jié)構(gòu)屬于典型的高冠密封結(jié)構(gòu)，自投運(yùn)以來(lái)，高冠密封結(jié)構(gòu)中的密封板與管子角焊縫頻繁發(fā)生爆破事故，導(dǎo)致非計(jì)劃停爐次數(shù)居高不下，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。由于該電廠是廣東動(dòng)力基地，頻繁的爆漏事故給電網(wǎng)的安全運(yùn)行形成了極大的隱患，能找到一種簡(jiǎn)便易行的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)此類焊縫失效的預(yù)先報(bào)警，顯得刻不容緩。
在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，從前往后數(shù)第1～20根為進(jìn)口段，進(jìn)口管焊縫為TP304H管子（φ63.5 mm×3.38 mm）和T12管子（φ63.5 mm×3.38 mm）對(duì)接；從前往后數(shù)第21～40根的大小頭結(jié)構(gòu)為出口段，大頭材質(zhì)為TP304H，規(guī)格為φ63.5 mm×3.38 mm，小頭材質(zhì)為T22，規(guī)格為φ47.63 mm×4.57 mm，密封板母材為2.25Cr-1Mo鋼。
2002年10月20日，1號(hào)爐末級(jí)再熱器爐頂穿墻管發(fā)生爆漏，泄漏部位為A側(cè)（爐左側(cè)），從爐前往爐后數(shù)，第3排第18，19，20根管和第4排第20，21，22根管，共6根管。1號(hào)機(jī)組投入運(yùn)行至爆漏時(shí)共累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為50 714 h，累計(jì)起停次數(shù)為107次。
通過(guò)圖1的現(xiàn)場(chǎng)爆口形貌，初步分析認(rèn)為爆漏是在這種高冠密封結(jié)構(gòu)之中。由于密封板與管子連接焊縫存在焊接缺陷或是由于連接焊縫處密封板與管子膨脹不同步造成應(yīng)力分布不均勻，在應(yīng)力作用下導(dǎo)致管子爆漏。
2鍋爐焊縫失效早期診斷的有效手段——磁記憶探傷
鐵磁材料內(nèi)部的各種不均勻性（如形狀、結(jié)構(gòu)及含有夾雜或缺陷等）往往是應(yīng)力集中的部位。應(yīng)力集中將使得材料在該區(qū)域的磁疇取向發(fā)生改變，在地磁環(huán)境中表現(xiàn)為局部的磁場(chǎng)異常，形成所謂的“漏磁場(chǎng)”，這就是地磁場(chǎng)激勵(lì)下應(yīng)力磁檢測(cè)方法的物理基礎(chǔ)?；谶@一理論，只要構(gòu)件中開(kāi)始出現(xiàn)應(yīng)力集中或缺陷，就會(huì)產(chǎn)生磁狀態(tài)的不可逆變化，并在該區(qū)域內(nèi)發(fā)生具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向的和不可逆的重新取向，因而可通過(guò)磁場(chǎng)測(cè)量檢測(cè)出來(lái)。在鐵磁制件承受拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)和周期性載荷時(shí)發(fā)生的剩余磁性的變化，都與最大作用應(yīng)力有關(guān)系。在應(yīng)變集中區(qū)，具有很高的應(yīng)力能，在應(yīng)力能的作用下，引起工件內(nèi)部的磁疇在地球磁場(chǎng)中作疇壁的位移甚至不可逆的重新取向排列，產(chǎn)生磁彈性能來(lái)抵消應(yīng)力能的增加，從而在應(yīng)力集中區(qū)形成微弱的磁場(chǎng)，其分布形式類似缺陷的漏磁場(chǎng)，表現(xiàn)為金屬的磁記憶特性。磁場(chǎng)的切向分量HP（x）具有最大值，而法向分量HP（y）改變符號(hào)且具有零值點(diǎn)。通過(guò)對(duì)漏磁場(chǎng)法向分量HP（y）的測(cè)定，便可以準(zhǔn)確地推斷工件的應(yīng)力集中區(qū)，這非常有利于構(gòu)件缺陷的早期檢測(cè)與預(yù)防。
常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法（超聲波探傷、射線探傷、磁粉探傷、滲透探傷等）都以缺陷檢測(cè)為主要目標(biāo)。盡管應(yīng)力的變化對(duì)檢測(cè)結(jié)果有一定的影響（如超聲波檢測(cè)），但使用常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)卻不能判定部件的應(yīng)力狀態(tài)，僅能檢出已發(fā)展成形的缺陷，均是缺陷和事故后的處理。金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)是迄今為止對(duì)金屬構(gòu)件進(jìn)行早期診斷的唯一可行的無(wú)損檢測(cè)方法。
3末級(jí)再熱器穿頂棚處入口段密封板（高冠密封結(jié)構(gòu)）焊縫的磁記憶檢測(cè)
2003年1～2月，利用小修、搶修機(jī)會(huì)，用EMS-2000型磁記憶儀，對(duì)沙角C電廠2號(hào)爐、3號(hào)爐末級(jí)再熱器穿頂棚處入口段密封板焊縫進(jìn)行了100%的磁記憶檢驗(yàn)。
3.1儀器及調(diào)試
3.1.1儀器
采用智能磁記憶金屬診斷儀和傳感器。
3.1.2儀器調(diào)試
程序：采用單蹤；
顯示：陰影、時(shí)基；
調(diào)試：開(kāi)機(jī)后按儀器提示進(jìn)行歸一化和平衡處理。
3.2檢測(cè)方法
金屬磁記憶的檢測(cè)原理是鐵磁性部件缺陷或應(yīng)力集中區(qū)域磁場(chǎng)的切向分量HP（x）具有最大值，法向分量HP（y）改變符號(hào)且具有零值，故可通過(guò)分析磁場(chǎng)強(qiáng)度法向分量的符號(hào)及K值（K=dHYP/dx）變化來(lái)完成對(duì)部件上是否存在缺陷（或應(yīng)力集中區(qū)域）的檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)傳感器需與被檢工件垂直
3.3檢測(cè)結(jié)果
2號(hào)爐和3號(hào)爐末級(jí)再熱器穿頂棚管入口段與密封板相連的焊縫各用金屬磁記憶檢測(cè)了760根，共計(jì)1 520根管子，發(fā)現(xiàn)了13根管子的焊縫磁記憶信號(hào)異常，其中末級(jí)再熱器的B5-20管子信號(hào)最為嚴(yán)重
3.4磁記憶信號(hào)異常管子常規(guī)探傷分析
經(jīng)過(guò)與電廠各專業(yè)人員的共同討論，決定對(duì)這13條管子進(jìn)行割管處理，并對(duì)所割的管子在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。具體分析方法為：先將每條管焊縫表面進(jìn)行打磨，然后做著色探傷，記錄探傷結(jié)果，然后再將密封焊縫打磨平整，露出母材，再對(duì)管子母材進(jìn)行著色探傷，分析結(jié)果見(jiàn)表1。裂紋深度測(cè)量表明，末級(jí)再熱器B5-7管子、B5-20管子的裂紋已經(jīng)貫穿母材。圖4為末級(jí)再熱器B8-9管子、B5-20管子、B5-6管子、B5-7管子打磨處理后著色探傷所看到的缺陷。
4磁記憶與狀態(tài)檢修
“狀態(tài)檢修”是運(yùn)用綜合性的技術(shù)手段，準(zhǔn)確掌握設(shè)備狀態(tài)，預(yù)測(cè)故障的發(fā)生、發(fā)展情況，借助技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，進(jìn)行檢修決策和管理的一種先進(jìn)的檢修模式，它是以設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際工作狀態(tài)為依據(jù)，通過(guò)先進(jìn)的狀態(tài)檢測(cè)和診斷手段、可靠性評(píng)價(jià)手段以及壽命預(yù)測(cè)手段，判斷設(shè)備的狀態(tài)，識(shí)別故障的早期征兆，對(duì)故障部位及其嚴(yán)重程度、故障發(fā)展趨勢(shì)做出判斷，根據(jù)分析診斷結(jié)果，在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動(dòng)實(shí)施維修。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研得知，國(guó)內(nèi)幾大鍋爐廠（上海鍋爐廠、哈鍋和東鍋）生產(chǎn)的300 MW機(jī)組的末級(jí)過(guò)熱器和末級(jí)再熱器管的穿墻部分廣泛地應(yīng)用了高冠密封結(jié)構(gòu)，經(jīng)常發(fā)生爆破事故，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成極大的隱患。
目前，磁記憶檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到了國(guó)際焊接學(xué)會(huì)認(rèn)可，部分東歐國(guó)家已建立了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)也已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用?？梢灶A(yù)見(jiàn)，磁記憶檢測(cè)技術(shù)將在未來(lái)的火力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)檢修中發(fā)揮重要的作用。
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