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磁記憶檢測技術在火力發電機組檢修中的應用
發布時間：2017-09-01
1概況
目前,我國大部分火力發電企業的設備維修仍然是采用傳統的計劃(定期)檢修方式。隨著電力企業改革的不斷深化,火力發電企業施行獨立核算,廠網分開、競價上網勢在必行。作為一種先進的維修管理模式,“狀態檢修”逐漸被接受并開展起來。“狀態檢修”是運用綜合性的技術手段,準確掌握設備狀態,預測故障的發生、發展情況,借助技術經濟分析進行檢修決策和管理的一種先進的檢修模式;它是以設備當前的實際工作狀態為依據,通過先進的狀態檢測和診斷手段、可靠性評價手段以及壽命預測手段,判斷設備的狀態,識別故障的早期征兆,對故障部位及其嚴重程度、故障發展趨勢作出判斷,根據分析診斷結果,在設備性能下降到一定程度或故障將要發生之前主動實施維修。
狀態檢修是對我國發電設備傳統的計劃(定期)檢修方式進行改革的設備維修管理策略和維修技術,是提高我國發電設備可靠性和可用率、延長設備使用壽命、提高設備健康水平、減少維修工作量及檢修費用、提高經濟性的必然方向。
狀態檢修的技術支持系統主要包括設備材料的在線、離線狀態診斷及評估系統。診斷評估系統依靠的是最基本的檢測手段和檢測數據。磁記憶檢測技術恰恰為金屬設備的狀態評估提供了可靠的依據。
2定期檢修中的金屬監督主要內容
DL 438-99火力發電廠金屬技術監督規程確定的主要工作范圍:主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、受熱面管(再熱器、過熱器)、聯箱、高速轉動部件等。根據金屬監督規程、依據以往的監督記錄,在每次機組大修前制定檢驗計劃。標準的檢測項目包括宏觀檢驗、金相檢驗、硬度檢驗、蠕變測量、厚度檢驗、無損檢驗等。
2.1常規無損檢的特點
無損檢測作為標準的檢測項目,在火電機組檢修中被廣泛應用。采用不同的檢測方法(UT、RT、MT、PT等),對工件的表面、內部進行檢查,找出存在的缺陷,依據標準判定其是否合格。無損檢測各種方法相互互補,針對性強,結果直觀明了。受檢驗方法及條件的限制,工作效率較低、成本大,只能應用于對重點部件以及局部進行檢驗。
常規無損檢測方法以缺陷檢測為主要目標。盡管應力的變化對檢測結果有一定的影響(如超聲檢測),但使用常規的無損檢測卻不能判定部件的應力狀態。
2.2壽命評估工作對應力狀態的要求
山東電力鍋檢中心根據集團公司開展機組狀態檢修的要求,經過幾年的努力逐步開展了對主汽、再熱蒸汽管道、汽包、聯箱、受熱面管的壽命評估工作及支吊架的檢查和調整工作。
金屬結構發生損壞的主要根源是各種微觀和宏觀機械應力集中。在應力集中區域,腐蝕、疲勞和蠕變過程的發展最為劇烈。因此應力變形狀況,特別是導致損傷的臨界應力變形狀況便成為評價機器設備零部件和金屬結構強度和可靠性的一個重要依據。部件的壽命評估首先是要尋找部件應力狀態最惡劣區域,以該區域的壽命代表整個部件的壽命。該區域的尋找以及該區域的應力水平確定是評估工作的關鍵。強度應力分析是評估工作中最重要的一環,而目前部件的應力數據往往是通過間接或是理論計算得到。因此在評估工作中深深感到對這一數據有更高的需求,磁記憶檢測恰恰能夠滿足這方面的要求。
3磁記憶檢測的特點
3.1基本原理
磁記憶檢測是利用鐵磁工件在應力和變形集中區域內產生的磁狀態不可逆變化,在該區域內發生具有磁致伸縮性質的磁疇組織定向的和不可逆的重新取向,而且這種狀態在工作載荷消除后仍然保留。研究表明:在鐵磁制件承受拉伸、壓縮、扭轉和周期性載荷時發生的剩余磁性的變化,都與最大作用應力有關系。在應變集中區形成最大的漏磁場HP,磁場的的切向分量HP(x)具有最大值,而法向分量HP(y)改變符號且具有零值點。從而通過對漏磁場法向分量HP(y)的測定,便可以準確地推斷工件的應力集中區。
3.2能夠間接檢測工件的應力狀態
能夠間接檢測工件的應力狀態,準確地確定工件的應力集中區是磁記憶檢測的最主要特點。鐵磁性工件經過熔煉、熱軋、熱處理等工藝,一方面在重結晶的同時形成磁構造;另一方面由于材料內部的各種不均勻(如形狀、結構及夾雜等缺陷)而造成工件組織結構的不均勻性。這種組織結構的不均勻性是產生內應力集中的部位,一般以位錯形式存在,并在地球磁場的作用下,由于磁機械效應的作用出現磁疇的固定節點,產生磁極,或形成退磁場,以微弱的散磁場的形式在工件表面出現,表現為金屬的磁記憶特性。工件在受力狀態下,在外力的作用下產生應變,內部位錯產生滑移,晶格點陣及雜質等缺陷阻礙其運動,從而引起位錯密度增加,產生很高的應力能,形成應力集中區。需要指出,金屬材料即使在彈性變形區(不存在理想狀態的彈性變形)也存在能量損耗,從而造成外力載荷消除后,加載時在金屬內部形成的應力集中區會得以保留,特別是在動載荷、大變形和高溫情況下尤為突出。工件的應力集中區具有很高的應力能,在應力能的作用下,由于磁機械效應,引起工件內部的磁疇在地球磁場中作疇壁的位移甚至不可逆的重新取向排列,產生磁彈性能來抵消應力能的增加,在應力集中區形成的微弱的散磁場,其分布形式類似缺陷的漏磁場,即磁場的切向分量HP(x)具有最大值,而法向分量HP(y)改變符號且具有零值點。
鐵磁工件的載荷去除后,所形成的微弱的散磁場得以保留,通過檢測、分析漏磁場,便可以確定工件運行時的應力狀態和應力集中區。這是磁記憶檢測與常規無損檢測的最大區別。
工件失效分析表明:產生損壞的主要原因是由于各種微觀和宏觀應力集中所導致的疲勞失效,其根本特征表現為材料在低于強度極限的交變應力(或應變)反復作用下,產生多種類型的微觀缺陷(如位錯、滑移、應力誘發的相變等),并逐步發展為宏觀裂紋,又由于裂紋的進一步擴展并最終導致工件破壞。
工件失效總是在工件最薄弱環節-應力集中區產生,磁記憶檢測最大特點就是能夠準確的發現鐵磁工件的應力集中區。常規無損檢測只能檢測已存在的缺陷,對缺陷的性質、尺寸、邊界甚至無法準確判斷,缺陷對工件安全的影響只能通過歸一化的數學模型進行分析,缺乏針對性,十分不準確。以強度理論為基礎的壽命評定只是在宏觀上對設備的剩余壽命進行預測,缺乏對設備具體部位的應力狀況的分析。磁記憶檢測能夠準確地測定工件的應力集中區,找出影響工件安全的最薄弱環節(有些部位,存在宏觀缺陷,但沒有形成應力集中,缺陷對工件是安全的;反之,即使沒有宏觀缺陷,存在應力集中的部位將威脅工件的安全)。因此,對于設備的檢修,特別是火力發電機組的狀態檢修,磁記憶檢測的應用,具有特別重要的意義。
3.3檢測速度快
從金屬磁記憶檢測法的勞動量角度而言,該方法屬于快速檢測法。目前使用的專用小型儀器,配備有屏幕和記錄裝置,可完成速度達100 m/h的檢測,而不需要對檢測對象做任何準備措施。從某種意義講,可對設備實現100%檢驗,如火力發電機組的管線普查等。
3.4檢測范圍廣
常規無損檢測方法每種方法都有各自的局限性,磁力探傷只能檢查鐵磁性工件的表面及近表面缺陷;滲透探傷只適合檢查表面開口的缺陷;超聲和射線探傷對內部體積性缺陷比較靈敏,對面型缺陷的檢測具有方向性,并且需要一定面積的探傷面和空間。因此從理論上講,由于常規無損檢測方法存在著各自的檢驗盲區,不可能對工件實施100%檢驗。磁記憶檢測應用范圍廣,就電力系統而言,已成功應用于壓力容器、管道、受熱面管子、汽輪機葉片與轉子中心孔、汽輪機緊固螺栓等方面的檢測,并取得了良好的效果。
4磁記憶檢測與常規檢測技術的關系
磁記憶檢測填補了機組檢修中設備安全性評定依靠常規壽命評定和無損檢測之間的空白,它能準確地找出工件的應力集中區,以指導檢修位置。常規無損檢測方法由于不可能對工件每個部位進行100%檢驗,抽檢部位一般由經驗確定,缺乏科學性,往往會造成漏檢。常規壽命評定只能從宏觀、材料上對工件的壽命進行預測,對工件的具體部位的應力狀況無法確定。
可以肯定,磁記憶檢測將在未來的機組狀態檢修中發揮重要作用,但并不能說常規檢測手段將無用武之地。磁記憶檢測依靠常規無損檢測技術分析應力集中區形成的原因,以采取措施保證工件的運行安全;此外,磁記憶檢測只能對已承載工件進行檢測,對于檢修新安裝部件、焊口的質量無法檢測,這些新裝的部件和焊口的質量控制只能由常規無損檢測方法進行。同樣,對于整體壽命評定,還需按照常規的壽命評定方法進行。
5磁記憶應用前景展望
磁記憶檢測技術已經在山東電力得到應用,并取得良好的效果。目前,磁記憶檢測技術已經得到了國際焊接學會認可,部分東歐國家并已建立了相關的標準,中國也已經開始了對這項技術的研究和應用。可以預見,磁記憶檢測技術將在未來的火力發電機組的狀態檢修中發揮重要的作用。
摘自：中國計量測控網
