熱電廠空預器管束遠場渦流檢測

魏培生，王立坤，唐飛陽亮

（中石油獨山子石化分公司研究院，新疆 獨山子 833699）

某公司2018年檢修時，對熱電廠幾臺鍋爐的空預器進行了檢查，發(fā)現(xiàn)4#爐空預器管束低溫段腐蝕嚴重，部分管束需進行整體更換。該空預器采用臥式順列三回程布置，位于尾部豎井下方；空氣在管內(nèi)流動、常溫、0.025MPa；煙氣在管外流動、微負壓、流速8～15m/s、排煙溫度118～130℃；煙氣含有SO2、SO3、NOx等腐蝕性介質(zhì)、含氧量2.8%～6.3%?？疹A器管束規(guī)格￠57×3mm，材質(zhì)09CuPCrNi-A的防腐蝕考登鋼鋼管。

1 空預器管束腐蝕類型

對空預器管束腐蝕斷裂部位進行橫向、縱向解剖觀察發(fā)現(xiàn)：管束直徑方向無明顯尺寸形變，管束斷裂處橫截面整體減薄并斷裂，嚴重處薄如紙狀。管束內(nèi)表面光潔、無腐蝕產(chǎn)物；縱焊縫內(nèi)表面外觀完好，無錯邊、無咬邊、無變形、無外觀缺陷。管束外表面呈鐵銹紅色，局部有蜂窩狀小坑和條狀溝槽，外表面焊縫部位無外觀缺陷、無腐蝕溝槽。從內(nèi)外表面腐蝕狀況及整個管束來看，腐蝕發(fā)生在管束的外表面且存在局部區(qū)域的均勻減薄，測厚數(shù)據(jù)表明管束具有典型的均勻腐蝕特征，見圖1。

圖1 空預器管束截面測厚

在鍋爐煙氣中含有SO2、SO3、NOx等腐蝕性介質(zhì)，SO3遇煙氣中的水氣就會產(chǎn)生硫酸蒸汽。由于空預器中空氣入口的溫度較低、低溫段煙氣溫度不高，硫酸蒸汽凝結在管束受熱面造成硫酸露點腐蝕。全國煤質(zhì)的煙氣酸露點基本處于113～148℃之間，與車間118～130℃排煙溫度區(qū)間重合，促使空預器低溫段管束產(chǎn)生嚴重的局部均勻減薄。在空預器管束發(fā)生泄漏后造成局部溫度進一步降低，更加劇了泄漏部位附近管束的露點腐蝕。

2 空預器管束泄漏監(jiān)測方法

熱電廠空預器運行過程中未對管束做相應的無損檢測。目前管束泄漏監(jiān)測方法是通過測量煙氣中氧氣含量判定管束泄漏的程度；對管束僅做了漏風測試，然后再針對泄漏管束進行堵管或更換。

空預器管束生產(chǎn)運行中出現(xiàn)嚴重腐蝕減薄的情況，在目前常用的無損檢測方法中，推薦采用遠場渦流檢測技術可對管束壁厚進行測量，能獲得很好的檢測效果，依據(jù)剩余壁厚可以估算管束剩余使用壽命。

3 空預器管束遠場渦流檢測

遠場渦流檢測技術對于在用管束的檢測一般采取內(nèi)穿過式探頭，本文使用Φ48mm內(nèi)穿過式ADA多通道探頭、探頭填充率達88%，其均勻腐蝕信號的相位角跟壁厚呈線性關系，可以很好地反映均勻腐蝕深度的百分比。

檢測前參考NB/T47013.6-2015《承壓設備無損檢測：渦流檢測》加工對比試樣。試樣上人工缺陷尺寸為：管束斷裂模擬；通孔直徑為壁厚的1.25倍；周向窄凹槽深為壁厚的20%、槽寬為3mm；周向?qū)挵疾凵顬楸诤竦?0%、壁厚的40%，槽寬300mm；單邊缺陷深為壁厚的60%，軸向長為15mm，其周向幅度為180°。

檢測系統(tǒng)頻率參數(shù)的選擇。絕對通道頻率的選擇，調(diào)整頻率f1以獲取一個相位的度數(shù)，較高的頻率產(chǎn)生一個較大的相移，對于絕對線圈而言，相位和壁厚是線性相關的。在對比試樣上，用不同檢測頻率對20%的周向?qū)挵疾圻M行測試，相移角度與頻率f1的關系見圖2。在圖2中可以選擇20°附近的頻率作為檢測頻率（圖2中框出的區(qū)域），近似理解為：絕對通道中缺陷相位20°代表腐蝕減薄深度達20%T（T：管束壁厚）。該方法不需要進行換算就能間接近似表示均勻腐蝕深度，在實際應用中具有很好的實用意義。差分通道頻率的選擇，該通道用于檢測點狀的局部腐蝕缺陷，其缺陷信號易于噪聲混淆，應選擇能抑制噪聲信號的頻率參數(shù)進行現(xiàn)場檢測。在對比試樣上，用不同檢測頻率對噪聲進行測試，噪聲信號大小與頻率的關系見圖3，可知噪聲信號在某一頻率范圍內(nèi)維持最低值（圖3中框出的區(qū)域）。實際檢測時應選取差分信號噪聲小的頻率區(qū)間作為差分通道的檢測頻率，利于降低噪聲信號、提高信噪比。

圖2 絕對通道頻率f1測試

圖3 差分通道頻率f1、f2測試

結合圖2、圖3兩種通道的頻率測試結果，取頻率區(qū)間相重合的部分優(yōu)化檢測頻率參數(shù)。最終選定用于檢測的頻率參數(shù)，f1=80Hz、f2=160Hz，對人工缺陷進行測試，對比試樣上人工缺陷信號清晰可見。

實施遠場渦流檢測?？疹A器管束產(chǎn)生露點腐蝕的部位在管束低溫段，以20%比例在此處重點抽查管束，若腐蝕減薄嚴重再擴大檢測比例。檢測過程中，盡可能使探頭移動速度恒定平穩(wěn)、不超過10m/min，且檢測時的檢測速度與儀器調(diào)試時的檢測速度相近。經(jīng)檢測，空預器管束實際腐蝕情況與解剖樣品腐蝕狀況一致：在空預器的低溫段管束局部區(qū)域出現(xiàn)因露點腐蝕引起的周向減薄，且腐蝕長度在1m以內(nèi)，其余部位未發(fā)生露點腐蝕，現(xiàn)場空預器管束遠場渦流檢測圖譜見圖4。依據(jù)火力發(fā)電廠鍋爐機組檢修導則，管束壁厚腐蝕或磨損超過70%需要堵管或更換，對現(xiàn)場判廢的管束切割后發(fā)現(xiàn)：管束最薄處薄如紙狀、在外壁存在明顯腐蝕痕跡，其余部位進行超聲測厚檢測，測厚結果與遠場渦流檢測結果非常接近，進一步證明了遠場渦流檢測方法的有效性。

圖4 空預器管束遠場渦流檢測圖譜

管束剩余使用壽命估算。該電廠共有5臺鍋爐，空預器管束在8～10年內(nèi)都存在大量更換情況，管束規(guī)格為￠57×3mm，其年均勻腐蝕量為0.3～0.4mm。若管束未發(fā)生泄漏，按照腐蝕或磨損接近70%未采取措施進行計算，剩余時間約為2年；若管束發(fā)生泄漏、造成局部溫度進一步降低，加劇了管束的露點腐蝕速率，剩余使用時間遠小于2年。

4 空預器管束檢測建議

定期進行遠場渦流檢測，監(jiān)控管束壁厚腐蝕變化情況，獲得易發(fā)生露點腐蝕部位的腐蝕速率，估算管束剩余使用時間，合理安排檢維修周期、減少非計劃停工次數(shù)。對泄漏管束采取封堵或更換措施，避免空預器局部溫度降低、產(chǎn)生嚴重的露點腐蝕。

5 空預器管束遠場渦流檢測注意事項

（1）分析管束腐蝕原因，確定管束腐蝕類型，有助于缺陷類型的判定。對明確的腐蝕類型，通過遠場渦流檢測可準確判定缺陷類型及腐蝕量。

（2）制定遠場渦流檢測工藝時，應對遠場渦流檢測系統(tǒng)的頻率進行優(yōu)化。

（3）管束剩余使用壽命評估。依據(jù)管束判廢原則及剩余壁厚，從理論上估算管束繼續(xù)使用的時間。