一种试块和超声试管的制作方法

本申请涉及锅炉技术领域，更具体地说，涉及一种试块和超声试管。

背景技术：

随着发电设备单机容量不断增大和锅炉运行参数的不断提高，电站锅炉蒸汽侧的管道内极易氧化产生氧化皮，并进而氧化皮产生脱落现象。如果锅炉的过热器、再热器等受热面的氧化脱落，则会致使管路堵塞，从而导致锅炉爆管，爆管会损伤汽轮机叶片，甚至会严重威胁大型火电机组安全运行。因此，采用适当的方法对管内氧化皮的分布情况进行检测，以便能够根据检测结果及时进行处置，防止锅炉爆管的重要手段。

目前来说，业界在对受热面管道内的氧化皮堆积程度进行检测时只能穷尽各种办法进行精细的测定，无法快速地定性评定管道内氧化皮的堆积程度，从而给检测工作造成不必要的工作负担，检测效率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种试块和超声试管，用于在对锅炉管道内的氧化皮的堆积程度进行检测时，通过比对检测的方法快速确定堆积程度，以提高检测效率。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种锅炉管道内氧化皮的分级检测系统，包括：

超声检测设备，用于对内部充有水的待检锅炉管道进行检测，得到所述待检锅炉管道的回波波幅值；

与所述超声检测设备相连接的查表计算模块，用于根据所述回波波幅值从预设的波幅-氧化皮体积比参考曲线进行查找，得到与所述回波波幅值对应的氧化皮体积比；

与所述查表计算模块相连接的信息输出模块，用于根据所述氧化皮体积比输出用于对所述待检锅炉管道进行处置的处理建议信息。

可选的，所述信息输出模块包括：

第一输出单元，用于当所述氧化皮体积比≤x％时，输出不需对所述待检锅炉管道进行任何处理的处理建议信息；

第二输出单元，用于当x％＜所述氧化皮体积比≤y％时，如果连续长度超过第一预设长度，则输出所述待检锅炉管道需要进行割管处理处理信息，相反，则输出不需对所述待检锅炉管道进行任何处理的处理建议信息；

第三输出单元，用于当y％＜所述氧化皮体积比＜z％时，如果连续长度超过第二预设长度，则输出所述待检锅炉管道需要进行割管处理的信息，相反，则输出不需对所述待检锅炉管道进行任何处理的处理建议信息；

第四输出单元，用于当所述氧化皮体积比≥z％时，输出需要对所述待检锅炉管道进行割管处理的处理建议信息。

＜x＜y＜z，所述第一预设长度大于所述第二预设长度。

可选的，z大于或等于20。

一种试块，应用于如上所述的分级检测系统，包括聚酰胺浇注体，在所述聚酰胺浇注体内均匀分布有预设体积比的氧化皮。

可选的，所述预设体积比大于0、且小于或等于20％。

可选的，所述预设体积比为10％、15％或20％。

一种超声试管，可选的，包括预设长度的与待检锅炉管道相同的管道和如上所述的试块，其中：

所述管道的内径与分级检测系统的外径相匹配；

所述试块通过甘油装配在所述管道内。

可选的，所述管道长度与所述试块的长度相同。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种试块和超声试管，该系统利用超声波检测设备对内部充有水的待检锅炉管道进行检测，得到待检锅炉管道的回波波幅值；根据回波波幅值从预设的波幅-氧化皮体积比参考曲线进行查找，得到与回波波幅值对应的氧化皮体积比；根据氧化皮体积比输出用于对待检锅炉管道进行处置的处理建议信息。这样，仅通过简单步骤即可确定待检锅炉管道内氧化皮的堆积程度，从而提高了检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种锅炉管道内氧化皮的分级检测系统的结构框图。

图2为本申请实施例提供的一种波幅-氧化皮体积比参考曲线图；

图3为本申请实施例提供的一种试块的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种超声试管的组装示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例提供的一种锅炉管道内氧化皮的分级检测系统的结构框图。

如图1所示，本实施例的分级检测系统用于对锅炉管道内经过长期的运行所产生的氧化皮进行检测，并输出分级检测结果，特别是针对电站锅炉的蒸汽侧管道进行检测，该分级检测系统具体包括超声检测设备10、查表计算模块20和信息输出模块30，其中查表计算模块分别与超声检测设备、信息输出模块相连接。

超声检测设备用于对充满水的待检锅炉管道进行检测，得到其回波波幅值。

具体来说，该设备包括两个纵波直探头，一个作为发射探头，一个作为接收探头，还包括一台型号为CTS-9003的数字式超声波探伤仪相连接，发射探头、接收探头对称放置在待检锅炉管道的外壁两侧。通过启动该探伤仪进行探测即可得到上述回波波幅值。

查表计算模块用于根据回波波幅值从波幅-氧化皮体积比参考曲线得到氧化皮体积比。

在得到上述回波波幅值后，根据该回波波幅值从一个预设的波幅-氧化皮体积比参考曲线中进行查找，该参考曲线如图2所示，从中可以得到与相应回波幅值对应的氧化皮体积比，该氧化皮体积比放映了该待检锅炉管道内的氧化皮的堆积情况。

信息输出模块用于根据氧化皮体积比输出处理建议信息。

在得到该氧化皮体积比后，由于该氧化皮体积比反映了氧化皮在待检锅炉管道内的堆积情况，也就能够确定相应的处理措施，以便用户能够根据处理措施对管道进行处置。为此，根据该氧化皮体积比向用户输出处置建议信息，该处置建议信息包括不进行任何处理和割管处理。所谓割管处理是指将堆积严重的部分锅炉管道进行切割替换。

该信息输出模块具体包括第一输出单元、第二输出单元、第三输出单元和第四输出单元。

第一输出单元用于当氧化皮体积比≤x％时，判定该待检锅炉管道的质量级别为Ⅰ级，同时输出不需对所述待检锅炉管道进行任何处理的处理建议信息；第二输出单元用于当x％＜氧化皮体积比≤y％时，且如果这种氧化皮体积比的锅炉管道的连续长度超过第一预设长度，判定该待检锅炉管道的质量级别为Ⅱ级，同时则输出待检锅炉管道需要进行割管处理处理信息，相反，则输出不需对待检锅炉管道进行任何处理的处理建议信息；

第三输出单元用于当y％＜氧化皮体积比＜z％时，且如果这种氧化皮体积比的锅炉管道的连续长度超过第二预设长度，判定该待检锅炉管道的质量级别为Ⅲ级，则输出待检锅炉管道需要进行割管处理的信息，相反，则输出不需对待检锅炉管道进行任何处理的处理建议信息；第四输出单元用于当氧化皮体积≥z％时，判定该待检锅炉管道的质量级别为Ⅳ级，同时输出需要对待检锅炉管道进行割管处理的处理建议信息。

这里，0＜x＜y＜z≤20，其中，x优选10，y优选15，z优选20；且第一预设长度大于第二预设长度，第一预设长度优选20厘米，第二预设长度优选 10厘米。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种锅炉管道内氧化皮的分级检测系统，该系统利用超声波检测设备对内部充有水的待检锅炉管道进行检测，得到待检锅炉管道的回波波幅值；根据回波波幅值从预设的波幅-氧化皮体积比参考曲线进行查找，得到与回波波幅值对应的氧化皮体积比；根据氧化皮体积比输出用于对待检锅炉管道进行处置的处理建议信息。这样，仅通过简单步骤即可确定待检锅炉管道内氧化皮的堆积程度，从而提高了检测效率。

另外，经查询可知，水的密度为1.0g/cm³，纵波声速为1480m/s，声阻抗为0.148×10⁶g/cm²·s；钢的密度为7.7g/cm³，纵波声速为5900m/s，声阻抗为4.5×10⁶g/cm²·s；聚酰胺的密度为1.0g/cm³，纵波声速为1800m/s，声阻抗为0.18×10⁶g/cm²·s；空气的密度为1.205×10^-3g/cm³，纵波声速为343m/s，声阻抗为0.00004×10⁶g/cm²·s。

超声波在不同介质中的声阻抗不同，具体计算公式如下：

Z＝ρC

--ρ为介质密度

--C为介质中声速

示波屏上反射波的波高与声压成正比，异质界面处反射波声压Pr和入射波声压P0之比为界面的声压反射率r＝Pr/P0，透射声压Pt与入射波声压P0之比为界面的声压透射率t＝Pt/P0。

1)由界面两侧总声压相等，可得P0+Pr＝Pt (1)

2)由界面两侧质点振动速度幅值相等，可得(P0-Pr)/z1＝Pt/z2 (2)

其中z1、z2为异质界面两侧声阻抗。

由上述两边界条件和声压发射率，两侧均除以P0得：1+r＝t和(1-r) /z1＝t/z2，联立求的异质界面的反射率

将钢、水、空气、聚酰胺的声阻抗值代入公式上面公式，可知：

1)纵波入射到钢/水界面，声压反射率r钢/水＝-0.936，声压透射率t钢/水＝0.064，声压反射率很高，透射率较低；2)纵波入射到钢/空气界面，声压反射率r钢/空气≈-1，声压透射率t钢/空气≈0，声压全反射；3)纵波入射到水/ 空气界面，声压反射率r水/空气≈-1，声压透射率t水/空气≈0，声压全反射；4) 纵波入射到水/钢界面，声压反射率r水/钢＝0.936，声压透射率t水/钢＝1.936。

1)纵波入射到钢/聚酰胺界面，声压反射率r钢/聚酰胺＝-0.923，声压透射率 t钢/聚酰胺＝0.077，声压反射率很高，透射率较低；2)纵波入射到钢/空气界面，声压反射率r钢/空气≈-1，声压透射率t钢/空气≈0，声压全反射；3)纵波入射到聚酰胺/空气界面，声压反射率r聚酰胺/空气≈-1，声压透射率t聚酰胺/空气≈0，声压全反射；4)纵波入射到聚酰胺/钢界面，声压反射率r聚酰胺/钢＝0.923，声压透射率t聚酰胺/钢＝1.923。

当采用双探头工作模式检测被检管子内部时：

1)若管子内部只有空气，由于声压透射率t钢/空气≈0，声压在发射探头接触管内壁全反射，在示波器没有波幅信号显示。

2)若管子内部只有水，纵波的传播路径为：探头-钢-水-钢-接收探头，可计算得钢-水界面透射率t钢/水＝0.064，水-钢声压透射率t水/钢＝1.936，钢- 水-钢透射率为t钢/水/钢＝t钢/水×t水/钢＝0.124。

3)若管子内部只有聚酰胺，纵波的传播路径为：发射探头-钢-聚酰胺-钢 -接收探头，可计算得钢-聚酰胺界面透射率t钢/聚酰胺＝0.077，聚酰胺-钢声压透射率t聚酰胺/钢＝1.923，钢-聚酰胺-钢透射率为t钢/聚酰胺/钢＝t钢/聚酰胺×t聚酰胺/钢＝0.148。

由上可知：聚酰胺声速与水几乎相同，对超声波反射回波定位的影响很小；声阻抗与水也几乎相同，超声波接收能量误差也很小，而且聚酰胺常温下呈固态，因此我们选取了常温下为固态的聚酰胺模拟液态水做成稳定可靠、使用携带方便的对比试块。

4)若管子内部为水+氧化皮混合物，纵波的传播路径为：发射探头-钢- 水-氧化皮-水-氧化皮-水.....水-钢-接收探头，由于氧化皮是一种松散的状态，超声波在氧化皮之间多次反射，能量遭到消耗，若氧化皮含量逐步增多，则接收探头接收到的超声波能量逐步减小，因此，可利用聚酰胺替代水制造对比试块，得到一种便于携带的树脂试块，进而绘制参考曲线，以衡量锅炉管道内氧化皮含量。

基于以上分析，这里公开如下实施例：

实施例二

图3为本申请实施例提供的一种试块的结构示意图。

如图3所示，本实施例提供的试块10以被检受热面管(同规格、同材质) 制作一试管，设定其内径为40mm，长度为100mm。则其体积为：V＝πr h＝3.14 ×(40/2)×100＝125600mm＝125.6cm3。

在制作试块时，以聚酰胺为载体，在其高温液态状态下加入一定体积百分比的氧化皮浇筑于试管内，搅拌均匀，使氧化皮在聚酰胺内均匀分布，常温固化后形成一组实心柱状的聚酰胺浇注体。

试块的外径为40mm，长度为100mm，其可与上述试管间隙配合；氧化皮的体积百分比从10％，每增加5％为一阶梯，依次制作氧化皮体积百分比为10％、 15％、20％的试块组，依次编号为YHP-1、YHP-2、YHP-3。从工程经验来看，当被检受热面内部氧化皮探头检测截面体积若占到受热面管体积的20％以上时，会导致管内气流严重受阻，工质对管子的冷却作用大幅度降低，金属壁温升高，可在很短时间内发生受热面超温爆管，因此我们将氧化皮体积比上限取 20％，超过此界限没有实际分级意义。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种试块，这种试块能够作为对比样本应用于上一实施例所提供的分级检测系统，从而可以方便地得到待检锅炉管道的氧化皮的堆积情况。

实施例三

图4为本申请实施例提供的一种超声试管的组装示意图。

如图4所示，该超声试管包括一个与待检锅炉管道相同的管道，为了使用方便，可以仅选取一小段的管道即可，这里相同的含义是指材质、直径、厚度、耐压强度都相同。

在选择与待检锅炉管道的尺寸匹配的且体积百分比不同的多个试块10与管道20。然后，从依次在相应试块外部均匀涂上一层甘油后，将不同试块放入管道，使试块与管道充分耦合，从而构成超声试管。

通过超声波检测设备对待检试管进行一一检测。具体为根据被检受热面规格，选择两个纵波直探头，一个作为发射探头，一个作为接收探头，与一台型号为CTS-9003的数字式超声波探伤仪相连接，将发射、接收探头对称放置在超声试管外壁两侧。

以超声波接收透射波波幅为纵坐标，以试块的氧化皮体积比为横坐标。依次使多个试块，分别测定透射波波幅，在坐标图上依次标出氧化皮体积比为10％、15％、20％时对应的波幅值a、b、c，圆滑连接上述3点，即完成波幅 -氧化皮体积比参考曲线的绘制，如图2所示。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。