在役鍋爐水冷壁管腐蝕檢測技術(shù)研究

陳世旺

（福建省特種設(shè)備檢驗研究院，福建 福州 350008）

1 引言

水冷壁管是鍋爐的主要受熱部分，敷設(shè)在鍋爐爐膛內(nèi)壁、由許多并聯(lián)管子組成的蒸發(fā)受熱面。水冷壁管由于工作在火焰、煙灰、高壓、高溫等惡劣環(huán)境下，受到水汽、煙氣、煤灰及火焰介質(zhì)的腐蝕、沖刷等作用，管內(nèi)壁會產(chǎn)生各種腐蝕缺陷及減薄現(xiàn)象，造成爆管停爐事故，嚴重威脅鍋爐設(shè)備的安全運行。

2 水冷壁管腐蝕機理

水冷壁管腐蝕缺陷主要發(fā)生在管內(nèi)壁，常見腐蝕模式有高溫腐蝕、酸腐蝕、堿腐蝕、垢下腐蝕等[1]。

高溫腐蝕是爐膛內(nèi)高溫?zé)煔夂退浔诠荛g相互作用的一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，多發(fā)生在局部熱負荷較高，管壁溫度也較高的區(qū)域，如燃燒器附近。發(fā)生高溫腐蝕的水冷壁管向火側(cè)腐蝕速率最快，管壁減薄量最大。

水冷壁管的酸腐蝕是指由于H+的去極化過程所造成的腐蝕。水冷壁管酸腐蝕一般在水處理系統(tǒng)不正常、發(fā)生水質(zhì)惡化產(chǎn)生酸性物質(zhì)時才會發(fā)生。酸腐蝕是一種全面腐蝕，可以是均勻或非均勻的腐蝕，腐蝕速率較快。

堿腐蝕是由于NaOH等強堿的腐蝕作用，使水冷壁管內(nèi)壁面的Fe3O4保護膜遭到破壞，失去保護作用，從而導(dǎo)致金屬本體遭到腐蝕的一種化學(xué)腐蝕。堿腐蝕一般發(fā)生在水冷壁管的高溫區(qū)或局部過熱區(qū)。

垢下腐蝕是指在鍋爐運行期間，水冷壁管內(nèi)壁會附著一定的水垢，由于水垢的傳熱性較差，導(dǎo)致水垢處的管壁溫度升高，因此滲透到水垢與管壁間的爐水會發(fā)生蒸濃作用，形成濃度高、侵蝕性強的溶液，造成水冷壁管腐蝕。

3 水冷壁管腐蝕檢測技術(shù)研究

目前，為了避免水冷壁管爆管事故發(fā)生，可采用超聲波檢測、磁粉檢測、渦流檢測來檢查水冷壁管腐蝕情況。超聲波檢測方法由于測量前需做管外壁除垢、涂抹耦合劑等準(zhǔn)備工序，速度慢、檢測效率低，限制了測量點的數(shù)量。磁粉檢測方法靈敏度較高，但只能用來檢測外表面缺陷，無法檢測管內(nèi)壁腐蝕缺陷。渦流檢測方法采用電磁感應(yīng)原理，具有無須耦合劑、檢測速度快、能穿透氧化層等特點，十分適合用來檢查在役鍋爐水冷壁管內(nèi)壁腐蝕缺陷。

渦流檢測主要有常規(guī)渦流、遠場渦流、低頻渦流三種方法。常規(guī)渦流檢測方法由于金屬表面存在的趨膚效應(yīng)，使得渦流場難于滲入金屬內(nèi)部，只能用來檢測表面、近表面缺陷。遠場渦流檢測方法可用來檢測水冷壁管內(nèi)部缺陷，但其采用線圈式探頭，檢測時需從管子內(nèi)部穿過，無法用來檢測在役水冷壁管。低頻渦流檢測方法以馬鞍形探頭附著于水冷壁管外壁，來掃查水冷壁管內(nèi)壁腐蝕缺陷，檢測速度快，準(zhǔn)確度高。因此，研究采用低頻渦流檢測技術(shù)來檢測在役鍋爐水冷壁管內(nèi)壁腐蝕缺陷。

4 低頻渦流檢測技術(shù)原理

低頻渦流檢測技術(shù)是一種采用低頻交流激勵的快速漏磁檢測新技術(shù)，工作頻率一般為5Hz～100Hz。由低頻交流線圈產(chǎn)生的交變電磁場，在銜鐵、氣隙和被測工件間形成了一個磁路。當(dāng)被測工件中存有裂紋、腐蝕坑等缺陷時，磁阻增大，缺陷附近的磁力線將會發(fā)生彎曲，部分磁力線泄漏出管壁產(chǎn)生漏磁場。而漏磁場的幅值、相位及頻率等都與缺陷的性質(zhì)和幾何尺寸等存在著關(guān)聯(lián)。通過對漏磁場的測量，能夠獲得一些缺陷的基本信息。由于激勵頻率低，低頻渦流檢測技術(shù)能夠克服趨膚效應(yīng)，可以在管外或管內(nèi)[2]同時檢測鐵磁性或非鐵磁性管道的內(nèi)外壁缺陷，最大可檢測壁厚為24mm（20#鋼）[3]。

5 低頻渦流檢測技術(shù)參數(shù)的確定

低頻渦流檢測技術(shù)參數(shù)可通過制作人工缺陷樣管，并經(jīng)試驗驗證來確定。本文以材質(zhì)為20g，規(guī)格為Φ60×5mm管子為例制作人工缺陷樣管（見圖1）。在該樣管上加工3個盲孔和1個通孔共4種人工缺陷,盲孔與通孔均采用電火花加工方法制備。其中：

（1）盲孔1——Φ6mm徑向平底孔，深度d為1mm；

（2）盲孔2——Φ6mm徑向平底孔，深度d為2mm；

（3）盲孔3——Φ6mm徑向平底孔，深度d為3mm；

（4）通孔4——Φ6mm徑向通孔。

在使人工缺陷樣管上各人工缺陷都能清晰地顯示和分辨的前提下，通過選用合適的靈敏度幅值，從而便于觀察缺陷當(dāng)量比人工缺陷樣管上各人工缺陷還小或更大的自然缺陷。利用上述人工缺陷樣管，經(jīng)過多次試驗，確定低頻渦流檢測技術(shù)參數(shù)如下：頻率——12Hz、驅(qū)動——10V、靈敏度——2°/d。

6 水冷壁管低頻渦流檢測應(yīng)用實例

現(xiàn)對福建漳州某電廠4#機組鍋爐水冷壁管內(nèi)腐蝕作在役渦流探傷。該鍋爐水冷壁管規(guī)格為Φ60×5mm，材質(zhì)為20G。本次檢測采用廈門渦流檢測技術(shù)研究所研制的ET-100鋼管腐蝕掃查儀與馬鞍式超低頻掃查探頭對該鍋爐前、后墻水冷管進行腐蝕檢測。經(jīng)現(xiàn)場檢測，有4根水冷壁管存在較大缺陷信號，分別位于左數(shù)第13根管上標(biāo)高1.9m處、第20根管上標(biāo)高2.5m處、第25根管上標(biāo)高2.7m處、第27根管上標(biāo)高2.5m處。經(jīng)超聲波測厚儀測量復(fù)查，前述四處減薄嚴重。經(jīng)現(xiàn)場割管解剖驗證，管內(nèi)壁可見軸向長度不等的嚴重的面狀腐蝕坑（第13根長400mm，第20根長1100mm（見圖2），第25根長1200mm（見圖3），第27根長500mm）。還有25根存在中等缺陷信號，同樣經(jīng)超聲波測厚和解剖驗證，均存在不同程度腐蝕，其中第37根管上標(biāo)高1.9m處存在3處較嚴重點狀腐蝕坑（見圖4），第38根管標(biāo)高1.2m處有一長300mm的較嚴重面狀腐蝕坑。

7 結(jié)論

采用低頻渦流檢測技術(shù)對在役鍋爐水冷壁管進行檢測，能從管外壁快速、方便地查找出水冷壁管內(nèi)壁腐蝕缺陷，無需清除水冷壁管表面的氧化層、垢層等，也無需涂抹耦合劑，具有較高的準(zhǔn)確性，能高效地檢測出水冷壁管內(nèi)部的腐蝕缺陷，工效可達到120m2/天以上。

[1] 邵松偉．RBI技術(shù)在電站鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2009.

[2] Y. GOTOH, N. TAKAHASHI. Three-Dimensional FEM Analysis of Electromagnetic Inspection of Outer Side Defects [J]. IEEE Transactions on magnetic,2007, 43（4）：1733-1736.

[3] 林俊明，曲民興，李同濱.低頻電磁/渦流無損檢測技術(shù)的研究[J].無損探傷，2002，（1）：30-32.