关于锅炉不锈钢管内壁氧化皮问题研究

长期以来，由于氧化皮问题涉及到金属材质、化学水处理、锅炉汽轮机运行等方面的专业知识，同时因为缺少对氧化皮堆积厚度进行检测的有效手段，国内对这一问题的研究较为落后，对于不锈钢管高温氧化皮的形成机理和预防手段均缺少足够的认识。

国外研究更多注重氧化皮问题对汽轮机安全运行的影响，对于氧化皮对不锈钢管的运行影响以及如何通过运行技术管理等方法来防止氧化皮剥落问题的研究相对较少。通过查阅国内外相关文献，国内外对奥氏体锅炉不锈钢管内氧化皮堆积量的检测方法主要包括超声检测法、射线检测法、声振检测法、磁性检测法和涡流检测法等。

超声检测法是最早用于检测锅炉不锈钢管内壁氧化皮堆积厚度的方法，其原理基于生成的氧化物中储存的应变能与自身厚度、时间和温度之间的关系，能够有效的预测氧化皮的生长、脱落时间。但超声测厚技术是一种间接检测的方法，主要依靠界面回波，对尚未脱落的氧化皮进行测量，不能有效检测己脱落的氧化皮在管内具体堆积形态和堆积位置。

射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进行对比分析来判断管内氧化皮堆积的具体形态。其方法准确有效，但对于少量的氧化皮检测，在图像上较难辨认；另外电厂易发生管道氧化的过热器和再热器多达两千多个，使用射线检测任务量巨大，无法满足其工期要求，同时亦存在有辐射、设备费用昂贵且受管排狭小空间限制等矛盾。

声振检测法通过敲击管道产生自由振动，使氧化皮颗粒与管壁之间形成摩擦和碰撞，然后根据声振信号衰减系数差异来判断氧化皮在管内的堆积情况。该检测方法不受管道的材料和磁性因素的影响，但声振信号衰减特征是管道中所有氧化皮颗粒对管道振动阻尼作用的共同结果，因此较难判断氧化皮具体堆积状况。

涡流检测法基于法拉第电磁感应定律，能够用于被测构件形状尺寸、电磁特性、缺陷位置、深度、大小等信息的检测。由于内部氧化皮堆积能够引起奥氏体锅炉不锈钢管管道局部磁导率的变化，因此部分学者与技术人员开始尝试利用涡流检测法来检测锅炉不锈钢管内氧化皮的堆积厚度。他们的研究成果初步证明了涡流检测技术用于奥氏体锅炉不锈钢管内脱落氧化皮堆积厚度检测的可行性，但同时均存在一定的局限性。第一，常规单频及多频涡流检测信号由于趋肤效应的存在，难以穿透厚度较大的管壁，在高提离等特殊检测工况下精度受限。第二，使用超低频涡流可提高信号穿透深度，但其检测信号易受到周边环境的电磁干扰，同时对设备的硬件成本要求较高。

磁性检测法最初由Ohtomo等人所提出。作者基于氧化皮和奥氏体不锈钢材料的磁性差异，利用磁铁对锅炉不锈钢管内氧化皮进行激磁，再通过获取被磁化氧化物的磁感应强度来判断管内氧化皮的堆积量。磁性检测方法又可以分成交流磁化法和直流磁化法两种。交流磁化方法更类似于涡流检测法，存在与涡流检测类似的问题，同时系统的复杂性令仪器的价格居高不下。直流磁化法是目前比较理想的检测方法，目前用永磁体或直流磁化装置，在不锈钢管外壁加一稳恒强磁场，通过检测管外壁磁场变化，可以反映管内氧化物堆积情况。国内研究开发了磁性测量仪，但不能满足现场的灵敏度和准确性；付路路等人利用磁性无损检测技术，研制一种多探头式检测仪器，实现了氧化皮检测；谢国胜等人利用磁性特征对弯管处氧化皮检测。在世界各地研究人员的不断探索下逐渐被完善，并在电厂检测中得到应用。

以上检测手段均是在锅炉不锈钢管停机检修期间对过热器及再热器内部的氧化皮颗粒进行检测，在锅炉不锈钢管运行期间目前国内还没有有效的评估氧化皮颗粒的手段[27-28]。在国外研究中，美国发电机组中应用到一种PAC检测系统可实现在线监测发电机组锅炉汽水系统中脱落氧化物。该系统通过检测氧化皮运动时对特定传感器的振动冲击信号实现蒸汽中氧化皮各项参数的评估，但是主蒸汽管道内部高温高压环境对传感器的探入及使用寿命有着极大的考验。

综上所述，当前常用的超声检测、射线检测、声振检测等手段更多是集中在离线的检测上，无法达到对非停机状态下对氧化皮堆积量的实时测量。因此，论文在非停机状态下，通过对主管道氧化皮颗粒在线分离，对伴生的氧化皮外加恒稳磁场，将磁性检测技术运用在超临界锅炉不锈钢管内氧化皮堆积量软测量的研究中。