攀鋼煉鋼轉(zhuǎn)爐煙道管子檢測初探

- 42 - 2010 年第 33 卷第 5 期 攀鋼 煉鋼 轉(zhuǎn)爐煙道 管子 檢測 初探 楊學勇 (攀鋼集團研究院有限公司 ) 摘 要 ： 煉鋼 轉(zhuǎn)爐 煙道 管子 由于 長期運行中振動與磨損，制造、安裝與焊接 ， 超溫運行 等因素 的影響 ， 易 發(fā)生過熱、變形、鼓包、磨損、高溫腐蝕、脹粗、裂紋等缺陷 。通過 采用多種方法 檢測 管子 內(nèi)壁，可以有效了解煙道某些 管子 特殊部位是否出現(xiàn)裂紋 及管壁的腐蝕 情況，并 對整段 煙道 的使用壽命進行判定，為 工作 人員 檢修 煙道管子時提供科學 依據(jù)。 主要 論述 了 用低頻電磁法 檢測煙道 管子 內(nèi)壁腐蝕、裂紋等缺陷 的原理、方法 ， 遠場渦流檢測新技術檢測煙道的機理、特點及應用 ， 用超聲波測厚儀檢測剩 余壁厚的方法及注意事項。 關鍵詞 ： 煉鋼轉(zhuǎn)爐； 煙道管； 壽命； 低頻電磁法 ； 遠場渦流檢測新技術 ；超聲波壁厚測定 法 1 煉鋼 煙道 管子運行 狀態(tài) 簡述 煙道管子 易腐蝕的 外部原因包括： 爐膛火焰溫度高； 爐煙的含硫量大； 煙氣與灰分顆粒 的沖蝕。煉鋼轉(zhuǎn)爐在生產(chǎn) 運行 中，爐 膛 溫 度 可高達 1 600 以上，由于煉鋼中硫及其它有害雜質(zhì)的存在， 管子 普遍遭受高溫腐蝕。參與高溫腐蝕的危害物有燃燒過程中產(chǎn)生的 氫化合物 、堿金屬鹽及釩鹽類 等多種化學物質(zhì) ，它們在 各種溫度下共同對管壁進行復雜的動態(tài)腐蝕。其中，硫化物 是鍋爐高溫腐蝕的主要因素 ,一是煙氣中的硫化氫與管壁金屬作用產(chǎn)生的腐蝕，含硫物在金屬高溫下產(chǎn)生單原子硫，硫與管道中的鐵反應生成硫化鐵 ( 二是由不可燃硫在高溫作用下生成硫酸鹽混入灰分熔敷于管壁表面，使 管子 不再具有 所要求的各種良好的高溫機械性能，實際上導致 管子 有用壁厚的減薄，從而其有效承載能力不斷下降，由此形成腐蝕。另外，高溫煙氣以大于 8 m/s 的速度沖擊管壁 , 煙氣的腐蝕和灰分顆粒的沖刷在金屬表面交替進行，造成管壁減薄。 圖 1、圖 2 顯示 了 內(nèi)壁腐蝕 減薄 等 缺陷。 2 低頻電磁法檢測煙道管子內(nèi)壁腐蝕、裂紋等缺陷 低頻電磁法檢測原理 低頻電磁法檢測的基本原理是采用合適的勵磁回路將磁場施于管道，使管壁局部磁化飽和，當被檢區(qū)域管壁存在腐蝕坑或裂紋時，局部管壁磁阻增加，該區(qū)域的磁場產(chǎn)生畸變，部分磁場從管壁表面泄漏出來，形成局部區(qū)域漏磁場，漏磁場的分布與缺陷的性質(zhì)和幾何尺寸存在關聯(lián)。用磁敏元件獲得漏磁場分布狀況并轉(zhuǎn)化為可以觀察的電信號，即可獲得反映管道的缺陷圖形。漏磁檢測原理見圖 3。 圖 1 管壁單側(cè)均勻減薄 圖 2 螺旋管內(nèi)壁腐蝕坑 攀 鋼 技 術 - 43 - (a)無缺陷 (b)有缺陷 圖 3 最簡單的漏磁 檢測原理 低頻電磁檢測特點 以勵磁方式不同區(qū)分，漏磁方法分為兩種：恒磁磁化和交流磁化。前者用直流電磁化或永久磁鐵磁化來產(chǎn)生勵磁，后者則用交變電流來激勵交變磁場。交流漏磁法除較恒磁法在檢測裝置上較輕便外，還在信號獲取 上 增加了相位 、 頻率等方面的信息含量，能更多地收集缺陷特征，然而檢測裝置也相對復雜 、 昂貴。 為了減少交變磁場產(chǎn)生的渦流趨膚效應，交流漏磁法工作頻率較常規(guī)渦流檢測低許多，大致在 5 100 管材質(zhì)和壁厚而定。由于此特征，這種方法也稱為低頻電磁檢測，簡稱 低頻電磁法的應用 低頻電磁法能從 管子 外壁快速、簡便和經(jīng)濟地查找管內(nèi)腐蝕缺陷位置和大小，有效防止 煉鋼轉(zhuǎn)爐煙道管子 運行中的爆管停爐嚴重事故。檢測是非接觸方法，不需要耦合劑。管外壁的氧化皮，鐵銹以及管內(nèi)的水垢對檢驗結(jié)果沒有影響?？商綔y的缺陷包括垢下腐蝕凹坑、氫腐蝕、裂紋、高溫熱腐蝕以及制造缺陷。 3 遠場渦流檢測新技術檢測煉鋼轉(zhuǎn)爐管子的裂紋、腐蝕凹坑、磨蝕減薄等缺陷 遠場渦流效應與機理 遠場渦流技術是基于一種特殊物理現(xiàn) 象 遠場渦流效應的管道檢測技術。原始的遠場渦流檢測探頭見圖 4， 它由兩個同軸螺管線圈 激勵和接收線圈組成，激勵線圈通以低頻交流電，接收線圈必須置于遠離激勵線圈 2 3 倍管內(nèi)徑處的“遠場區(qū) ”。圖 5 為接收線圈中感應電勢值以及該電勢與激勵電流之間的相位差隨兩線圈之間距離管內(nèi)徑 倍數(shù)表示）變化關系曲線稱信號 距離特性。特性可定性分為以下三個區(qū)域。 圖 4 原始的遠場渦流檢測探頭 圖 5 檢測線圈信號 距離特性 1)當 域，感應電勢是隨距離增大而劇減，相位 變化不大，這是因為檢測線圈與激勵線圈直接耦合劇減所致，符合一般的渦流檢測理論，稱近場區(qū)或直接耦合區(qū)。 2)當 大到 (2 3)值與相位均以較小速率下降，且管內(nèi)外相同，其相位滯后大致正比于穿過的管壁厚，可以近似用一維集膚效應相位公式計算 。 勵磁器 磁敏元件 裂紋 勵磁器 磁敏元件 遠場區(qū) 兩線圈間距 (管徑數(shù) ) 幅值/管壁 激勵線圈 接收 線圈 直接耦合 間接耦合 近場區(qū) 過渡區(qū) 遠場區(qū) - 44 - 2010 年第 33 卷第 5 期 式中 , 為 感應電勢的相位滯后 ； 為 管壁厚 ； 為 激勵頻率 ； 為 管壁材料的磁導率 ； 為 管壁材料的電導率 。 這個區(qū)域稱遠場區(qū)，對這個區(qū)域的規(guī)律，傳統(tǒng)的渦流概念已無法解釋，出現(xiàn)于遠場區(qū)的特殊現(xiàn)象，稱之為遠場渦流效應。 3)近場與遠場之間的區(qū)域稱為過渡區(qū)，在過渡區(qū)感應電勢下降速率減小，有時甚至出現(xiàn)微弱增加現(xiàn)象，同時相位差發(fā)生急劇變化。 4)遠場渦流現(xiàn)象取決于管中發(fā)生的兩個主要效應，一是沿管子內(nèi)部對激勵線圈直接耦合磁通的屏蔽效應；二是存在能量兩次穿過管壁的非直接耦合路徑。它源于激勵線圈附近區(qū)域管壁中感應周向渦流，周向渦流迅速擴散到管外壁，同時幅值衰減、相位滯后，到達管外壁的電磁場又向管外擴散，管外場強的衰減較管內(nèi)直接耦合區(qū)衰減速度慢得多，因此管外場又在管外壁感應產(chǎn)生渦流，穿過管壁向管內(nèi)擴散，并再次產(chǎn)生幅值衰減與相位滯后，這也就是 遠場區(qū)檢測線圈所接到的信號。這個遠場渦流效應很快為迅速發(fā)展起來的場有限元數(shù)值仿真計算所證明。 遠場渦流檢測技術的特點 常規(guī)渦流是采用靠近管壁的線圈以直接磁耦合的形式來拾取渦流場變化信號，而遠場渦流以測量穿過管壁后在管外沿管軸傳播一段距離再返回到管內(nèi)的磁場，檢測線圈必須處在距激勵線圈2 3 倍管徑的遠場區(qū)，因此，檢測線圈所能接到遠場信號十分微弱，通常為微伏數(shù)量級，同時 存在 許多外界雜散電磁場干擾，其數(shù)量級也能比遠場信號大幾百倍，這給信號處理及儀器制作帶來困難。 由于遠場渦流機理不同，對內(nèi)外管壁缺損有相同 的檢測靈敏度，對填充系數(shù)要求低，對探頭在管內(nèi)行走產(chǎn)生的偏心影響很小。其最大優(yōu)勢是能檢查厚壁鐵磁性管，最大可檢測壁厚為 25 是 常規(guī)渦流無法達到的。其次，它對大范圍壁厚缺損靈敏度和精確度高，精度可達 2% 5%，對小體積的缺陷，如腐蝕凹坑，檢測靈敏度的高低取決于材質(zhì)、壁厚、磁導率的均勻性、檢測頻率和探頭的拉出速度等因素。 遠場渦流檢測技術的應用 最新發(fā)展的遠場渦流技術，為煙道 管子 缺損檢查提供了一種確實可行的快速和可靠的方法，它 可 檢測深度 為壁厚 80%、 直徑為 2.8 腐蝕坑。對運行中的煙道產(chǎn) 生的裂紋、腐蝕、磨損減薄等缺陷可以快速檢出，對煉鋼生產(chǎn)具有一定的指導意義。 4 用超聲波壁厚測定 方 法尋找壁厚減薄規(guī)律 對 取下的病態(tài)管子 進行 觀察，管壁是因為外腐蝕變薄，且大 多 是靠爐膛一側(cè)變薄，而管子內(nèi)徑并沒有出現(xiàn)明顯的橢圓度。 通過對這些部位按一定周期 進行 管壁測厚，制作壁厚減薄量 t 關系曲線。按下列方法進行管壁測厚，每測 1 次并作好記錄。 安裝前的測量 對制作完成的 煉鋼轉(zhuǎn)爐煙道 規(guī)格為 38 .0 子彎頭測厚。 1)對 段鍋爐 煙道 底部和頂部彎頭的東、南、西、北各側(cè)測厚。南側(cè)可利用檢修梯 對兩側(cè)進行測厚，由于煙道內(nèi)徑達 2 600 它各側(cè)可將超聲波探頭安裝在特制支架上進行測厚 (見圖 6)。 圖 6 段鍋爐煙道測厚布置 示意 2) 段鍋爐 煙道 總長 7 955 部彎頭分3 個截面，從底部聯(lián)接法蘭開始每隔 50 東、南、西、北各側(cè)各抽查 34 根 煙道 。 3)頂部彎頭分 3 個截面，從頂部聯(lián)接法蘭開始每隔 50 東、南、西、北各側(cè)各抽查 34根 煙道 ，直管段選擇 1 個截面。 4) 段鍋爐總長 6 440 煙道 底部和頂部彎頭的東、南、西、北各側(cè)測厚和 段鍋爐 煙道測厚相同 (見圖 7)。 運行中的測量 北側(cè) 頂部 底部 西側(cè) 南側(cè) 東側(cè) 段鍋爐 水冷壁管展開 段 “虛線”表示測厚部位 攀 鋼 技 術 - 45 - 圖 7 段鍋爐煙道測厚布置 示意 運行了幾個爐役后，利用廢熱鍋爐內(nèi)的安全爬梯和人孔，進鍋爐內(nèi)部，按照安裝前的測量方法且同一部位測厚，得出幾組壁厚減薄量的數(shù)據(jù)。 對已更換的煙道測量 對更換的煙道 ,按前兩 次的測厚部位進行測厚 ,得出幾組壁厚減薄量的數(shù)據(jù)，繪制壁厚減薄量t 關系曲線，可以得出管子壁厚減薄的初步規(guī)律，判定煙道管子的實際使用壽命。 編輯 楊小琴 收稿日期： 2010 攀鋼 9月生產(chǎn)經(jīng)營保持良好勢頭 2010 年 9 月份， 攀鋼 集團公司主要產(chǎn)品產(chǎn)量超額完成月度排產(chǎn)計劃，其中生鐵、鋼、精釩渣、鈦白粉產(chǎn)量分別完成 t，分別超計劃 t，實現(xiàn)盈利，并較好地完成了當月利潤考核指標。 針對近期市場較好，有利于規(guī)模效益發(fā)揮的實際， 攀鋼 集團公司堅持以效益為中心，優(yōu)化生產(chǎn)組織，高效配置資源，調(diào)整營銷策略，抓好產(chǎn)品外發(fā)，積極釋放產(chǎn)能創(chuàng)效益。生產(chǎn)部門加強與銷售部門的聯(lián)系與溝通，以市場為導向，做 好效益測算，根據(jù)邊際貢獻大小優(yōu)化品種結(jié)構(gòu)，加大效益產(chǎn)品的生產(chǎn)力度，確保效益最大化。 攀鋼 運輸部門通過加強與鐵路部門的溝通協(xié)調(diào)，克服車輛緊張等困難，根據(jù)合同變化做好運輸銜接，抓好重點產(chǎn)品、效益產(chǎn)品的外發(fā)工作，確保了合同的及時兌現(xiàn)。銷售部門一方面通過加強市場分析，及時反饋市場信息，果斷調(diào)整產(chǎn)品價格，并從優(yōu)化銷售渠道入手，加強與重點戰(zhàn)略用戶、直供用戶的溝通協(xié)調(diào)，盡可能降低