专利名称：检测锅炉高温炉管内壁微裂纹的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管子的无损检测技术，尤其涉及一种检测锅炉高温炉管内壁微裂纹的方法和装置，以对锅炉高温炉膛内高温炉管在运行过程中内壁产生的微裂纹进行检测。
背景技术：
对火力发电厂锅炉而言，其受热面是传热部件，由蒸发受热面、过热受热面、水和空气预热受热面组成，主要包括省煤器、过热器、水冷壁、再热器和空气预热器。它们都是由蛇形的合金钢、不锈钢或碳钢钢管组成，其中前面四项管道还假称“四管”。其中高温炉管主要是指的是过热器管和再热器管，据统计，在我国200MW及以上的大机组锅炉事故中，由锅炉器管爆漏引起的竟高达71.7％，而高温炉管引起的事故占到了相当大的部分。通过研究发现，高温炉管在运行过程中首先在晶界形成空洞，相邻的空洞相互连接形成晶界微裂纹，随着时间的进行，相邻的晶界微裂纹形成几个晶粒尺寸大的微裂纹，最后几个晶粒尺寸大的微裂纹形成宏观裂纹导致失效爆管。因此，提前检测出管壁内壁的微裂纹对提前发现将要失效的管子，提前更换处于寿命终了状态的管子具有重要的意义。
而目前针对上述高温炉管的检测手段主要局限于厚度的测量，蠕账测量，不能检测管子内壁微裂纹的情况，这对于高温炉管的监督运行带来了很大的困难。
发明内容
本发明的目的就是为了解决目前无法对高温炉管的内壁微裂纹进行有效检测的问题，提供一种检测锅炉高温炉管内壁微裂纹的方法和装置，它不仅能有效检测微裂纹，还具有结构简单，使用方便等优点。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案一种检测锅炉高温炉管内壁微裂纹的方法，它的步骤为，(1)首先在管子外壁的多个部位选择多个检测用测点，并对各测点进行净化处理；(2)将测量装置的高频超声波探头放置到测点处，逐点采集管子内壁微裂纹波形，测量时要在金属层表面涂上耦合剂，并保证接触紧密；(3)将所采集的波形传输到波形显示装置上显示，同时通过传输电缆把采集的波形传到数据处理装置；(4)数据处理装置利用软件，通过高温炉管的管内壁氧化层厚度和金相方法测量的厚度数据库，以公式S微裂纹＝C*t/2，C为微超声波在微裂纹中的传输速度，其值在3600-5600m/s；t为超声波在微裂纹中的传输时间，单位为秒S，计算出管子的在微裂纹之间的传输速度，然后计算出管子的内壁微裂纹的厚度。
所述步骤(1)中，净化处理时在各测点采用角向磨光机打磨，并在采集前对所测量的部件以往的运行数据进行调查，分析最可能存在微裂纹的区域，所用的耦合剂为机油。
所述步骤(1)中测点数量至少在一百点以上，每个测点位置打磨出处理区域，处理区域一般沿周向宽20mm、沿轴向长50mm。
一种检测锅炉高温炉管内壁微裂纹方法用装置，它由测量装置、显示装置和数据处理装置组成，其中测量装置为高频超声波探头，它通过传输电缆与显示装置连接，显示装置则通过传输电缆与微机构成的数据处理装置连接。
所述高频超声波探头为15MHz的纵波探头或30MHZ的纵波探头或20MHz的横波探头或通用的数字超声波高频探头。
所述显示装置为示波器或数字超声波探伤仪。
本发明系统由三部分组成，第一部分为管子的内壁微裂纹的测量装置，为高频探头；第二部分为显示装置，所采集的波形显示在屏幕上。第三部分为数据处理装置，对所采集的波形进行数据分析，并进行数据处理。程序框图见本发明的有益效果是方法简便易行，易于操作，设备结构简单，便于使用，测量结果准确，能方便的测定内壁微裂纹。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的裂纹的反射波形示意图；图3为管子内壁没有裂纹存在时反射波形；图4为管子内壁存在0.12mm深度的裂纹时的反射波形；图5为不存在显微微裂纹的管子波形；图6为存在0.29mm深度显微微裂纹的管子波形。
其中，1、测量装置，2、显示装置，3、数据处理装置，4、管子，5、管外壁腐蚀、氧化物层，6、管内壁氧化层，7、管子金属层。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
本发明方法的步骤如下(1)根据锅炉管实际运行状况选择测点，测点一般选择在向火面可实施测量的管排上，测点一般在几百点至上千点。测点表面需用角向磨光机轻微去除管子外表面的氧化垢层，露出金属光泽。处理区域一般沿周向宽20mm、沿轴向长50mm。
(2)表面涂上偶合剂，然后用高频超声波探头(15MHz以上)接触被测量到管子上，采集高温炉管的管子内壁微裂纹的波形；(3)所采集的内壁微裂纹的波形通过传输电缆传输到显示装置上，以便下一步进行数据处理；(4)显示装置通过传输电缆把采集的波形传到数据处理装置，以公式S微裂纹＝C*t/2，C为微超声波在微裂纹中的传输速度，其值在(3600-5600m/s)；t为超声波在微裂纹中的传输时间，单位为秒(S)，计算出管子的在微裂纹之间的传输速度，并计算出管子的内壁微裂纹的厚度。
(5)本发明的仪器测量下限0.05mm，，即可以测量出内壁在0.05mm以上的微裂纹，仪器的测量精度为0.05mm。
图1中，本发明的装置结构为它由测量装置、显示装置和数据处理装置组成，其中测量装置为高频超声波探头，探头的频率分15MHz的纵波探头、30MHZ的纵波探头和20MHz的横波探头等几种，可以采用通用的数字超声波高频探头，由这部分采集管子内壁氧化皮和纯金属层的波形，采集到的波形通过传输电缆传输到显示装置，它可为示波器，也可以采用数字超声波探伤仪来实现，通过这一部分显示它们的波形。数据处理装置为微机，它利用可软件分辩并自动读出管子的内壁微裂纹的厚度，并利用本发明通过大量的实验自主建立的高温炉管内壁氧化皮厚度和金相方法测量的厚度数据库，计算出管子的在微裂纹之间的传输速度；计算出管子的内壁微裂纹的厚度。
本发明的测量原理如图2所示。管子内壁氧化皮厚度的测量是利用图2中，b11与B12之间的距离为管壁内壁氧化显微微裂纹的深度，其值为S微裂纹＝C*t/2，在软件中其值通过软件自动计算。C为微超声波在微裂纹中的传输速度，其值在(3600-5600m/s)；t为超声波在微裂纹中的传输时间，单位为秒(S)，通过示波器直接读出。
图3给出了管子内壁没有裂纹存在时反射波形；图4给出了管子内壁存在0.12mm深度的裂纹时的反射波形。图5为不存在显微微裂纹的管子波形，图6为不存在显微微裂纹的管子波形。
为了验证本方法的测量结果的精度，采用金相显微镜对存在裂纹的试样进行制样，然后在放大500倍的情况下在显微镜下进行测量，测量结果见表1，然后采用本方法进行测量，结果见表1，两者的比较分析表1存在裂纹的试样两种测量结果的比较
从两种测量结果对比可知，两者最大差值为7.4％，因此，完全满足工程的应用。
实施案例1某发电厂有一130t/h锅炉，投产四年中，高温过热器管为12CrlMoV，规格φ42×3.5，管子先后发生四次爆管，为分析其爆管原因，采用本发明的装置，测量测量其高温过热器管内壁氧化腐蚀及裂纹情况。此过热器共60排，共检测200点，在以往爆管的区域中检测发现两根可疑波形，而其它管子波形基本一致，检测过程波形比较单一和明显，为不存在微裂纹的波形。下面将波形例举如下，图5为无氧化裂纹的波形，图6为有氧化微裂纹的波形。
通过此次检测，用OLYMPUS视频内窥镜在其高过进口集箱内发现两片异物(异物尺寸为40mm×60mm，而高过管仅为φ42×3.5)，可见这两片异物是造成此台锅炉运行时间较短而多次爆管原因。
实施案例2某热电厂水冷壁材料为20g钢，规格为φ65×5，运行8万小时时发生泄露，爆口如下图爆口位于水冷壁管向火面呈窗口状沿管子纵向开裂，纵向最大开口度为52.36mm，横向最大开口度为45.52mm。爆口附近管段无明显塑性变形，爆口边缘粗糙，呈脆性断口形貌。经金相分析和宏观分析，确认本次爆管是氢脆造成的。由于氢脆的发生具有大面积和突性的特点，常规的检查起来比较困难，而采用本发明可以快速的检查其它管子的情况。
为检查其它管子的情况，对可能存在氢脆的区域进行了大面积的检查，共检查120根管子，从中发现了10根存在内壁微裂纹的管子，对这些管子进行了更换，有效的防止了管子的多次爆管，创造了可观的经济效益。
权利要求
1.一种检测锅炉高温炉管内壁微裂纹的方法，其特征是它的步骤为，(1)首先在管子(4)外壁的多个部位选择多个检测用测点，并对各测点进行净化处理；(2)将测量装置(1)的高频超声波探头放置到测点处，逐点采集管子(4)内壁微裂纹波形，测量时要在金属层表面涂上耦合剂，并保证接触紧密；(3)将所采集的波形传输到波形显示装置(2)上显示，同时通过传输电缆把采集的波形传到数据处理装置(3)；(4)数据处理装置(3)利用软件，通过高温炉管的管内壁氧化层(5)厚度和金相方法测量的厚度数据库，以公式S微裂纹＝C*t/2，C为微超声波在微裂纹中的传输速度，其值在3600-5600m/s；t为超声波在微裂纹中的传输时间，单位为秒S，计算出管子的在微裂纹之间的传输速度，然后计算出管子的内壁微裂纹的厚度。
2.根据权利要求1所述的检测锅炉高温炉管内壁微裂纹的方法，其特征是所述步骤(1)中，净化处理时在各测点采用角向磨光机打磨，并在采集前对所测量的部件以往的运行数据进行调查，分析最可能存在微裂纹的区域，所用的耦合剂为机油。
3.根据权利要求2所述的检测锅炉高温炉管内壁微裂纹的方法，其特征是所述步骤(1)中测点数量至少在一百点以上，每个测点位置打磨出处理区域，处理区域一般沿周向宽20mm、沿轴向长50mm。
4.一种权利要求1所述检测锅炉高温炉管内壁微裂纹方法用装置，其特征是它由测量装置(1)、显示装置(2)和数据处理装置(3)组成，其中测量装置(1)为高频超声波探头，它通过传输电缆与显示装置(2)连接，显示装置(2)则通过传输电缆与微机构成的数据处理装置(3)连接。
5.根据权利4所述的检测锅炉高温炉管内壁微裂纹方法用装置，其特征是所述高频超声波探头为15MHz的纵波探头或30MHZ的纵波探头或20MHz的横波探头或通用的数字超声波高频探头。
6.根据权利4所述的检测锅炉高温炉管内壁微裂纹方法用装置，其特征是所述显示装置(2)为示波器或数字超声波探伤仪。
全文摘要
本发明公开了一种检测锅炉高温炉管内壁微裂纹的方法和装置。它解决了目前无法对高温炉管的内壁微裂纹进行有效检测的问题，不仅能有效检测微裂纹，还具有结构简单，使用方便等优点。其方法为(1)首先在管子外壁的多个部位选择多个检测用测点，并进行净化处理；(2)将逐点采集管子内壁微裂纹波形；(3)将所采集的波形传输到波形显示装置上显示，同时传到数据处理装置；(4)数据处理装置利用软件，计算出管子的内壁微裂纹的厚度。
文档编号G01B17/02GK101017156SQ20071001353
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月9日 优先权日2007年2月9日
发明者张都清, 张广成, 王德洲 申请人:山东电力研究院