一種起重機械金屬結(jié)構(gòu)腐蝕初期紋裂監(jiān)控設(shè)備

廣東省特種設(shè)備檢測研究院汕頭檢測院 廣東 汕頭 515041

1 起重機械金屬結(jié)構(gòu)腐蝕產(chǎn)生裂紋的原因

起重機械金屬結(jié)構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)的腐蝕性問題,主要原因是金屬裸露在常溫之下,由于大氣當(dāng)中的水分和其他氧化、污染物等長期對其進(jìn)行化學(xué)、電解等作用而引起金屬發(fā)生化學(xué)、物理的變化。它直接在金屬的表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一層極薄的薄膜,這層薄膜一般是由水分直接產(chǎn)生或者由于大氣溫度的突然變化而生產(chǎn)的凝珠。這些薄膜中有溶于大氣中的各種污染物,加速了設(shè)備的導(dǎo)電性而影響腐蝕的速度。

機械金屬腐蝕的不斷發(fā)生就讓起重機械金屬結(jié)構(gòu)在化學(xué)和物理作用下,失去原有的韌性和彈性。隨著環(huán)境的不斷變化和設(shè)備作業(yè)時不斷的承受壓力,金屬腐蝕和裂紋在不停的加深和作用,最終導(dǎo)致設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。

2 起重機械金屬腐蝕監(jiān)測技術(shù)

我國起重機械按照腐蝕的監(jiān)控方法可以分為兩大類:離線監(jiān)控和在線監(jiān)控。離線監(jiān)控是指通過特定監(jiān)控設(shè)備通過一定的循環(huán)周期對設(shè)備進(jìn)行定期、重復(fù)的監(jiān)測,從中獲得其腐蝕情況。這種監(jiān)測方式主要是為了控制設(shè)備在運行過程中的危險性和突發(fā)的機械事故,按照每次所獲得的腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,此種監(jiān)測方法有:超聲波監(jiān)測法、漏磁監(jiān)測法。在線監(jiān)控是指在不影響設(shè)備運行的條件下,對設(shè)備的各種腐蝕情況進(jìn)行連續(xù)、長期、定時的監(jiān)測,這種監(jiān)測一般是利用監(jiān)測設(shè)備自動定時運行的。而一些大型金屬起重機械的在線監(jiān)測設(shè)備就是應(yīng)對處于腐蝕環(huán)境當(dāng)中,起重機械的鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕方案研發(fā)和應(yīng)對的。

3 起重機械金屬腐蝕紋裂監(jiān)控方案

針對起重機械金屬腐蝕紋裂的監(jiān)控方案已經(jīng)發(fā)展了將近十幾年了,當(dāng)前已經(jīng)逐漸形成了三種技術(shù)為主的監(jiān)控方案:交流電磁場檢測技術(shù)、電場特征檢測法(FSM)、預(yù)置監(jiān)測系統(tǒng)探頭在線監(jiān)測。筆者認(rèn)為此三種方案的設(shè)備進(jìn)行組合使用就可以獲得較為合理的在線實時監(jiān)控方法,下文針對三種方案進(jìn)行分別闡述,并結(jié)合其檢測的特點進(jìn)行分析其針對起重機械的監(jiān)控位置以及實時分析的方法。

3.1 交流電磁場檢測技術(shù) 交流電磁場檢測技術(shù)是一種新型的無損檢測和診斷技術(shù),用于檢測金屬構(gòu)件表面和近表面的裂紋缺陷,可以測量裂紋的長度和計算裂紋深度,具有非接觸測量、受工件表面影響小的特點。

交流電磁場檢測技術(shù)的原理是:通過一個通交變電流的特殊線圈(激勵線圈)靠近導(dǎo)體時,交變電流在周圍的空間中產(chǎn)生交變磁場,被測工件(導(dǎo)體)表面的感應(yīng)電流由于集膚效應(yīng)聚集于工件的表面。當(dāng)工件中無缺陷時,感應(yīng)電流線彼此平行,工件表面由于勻強磁場存在;若工件中有缺陷存在,由于電阻率的變化,勢必對電流分布產(chǎn)生影響,電流線在缺陷附近就會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),工件表面的磁場就會發(fā)生畸變。這個磁場的變化強弱,就能反映出裂紋的尺寸。

3.2 電場特征檢測法(FSM)

FSM(Field Signature Method)技術(shù)是一種新型無損檢測技術(shù),這種方法主要用來檢測各種形式的腐蝕,也可檢測大多數(shù)的裂紋以及監(jiān)控腐蝕和裂紋的擴(kuò)展。其原理是將探針或電極在待測區(qū)布置成陣列,然后測量通過金屬結(jié)構(gòu)電場的微小變化,用測得的電壓值與初始設(shè)定的測量值進(jìn)行比較,依此來檢測由于腐蝕等引起的金屬損失、裂紋、凹坑或凹槽。

主要原理:電機控制電路采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)對電機進(jìn)行閉環(huán)控制,穩(wěn)定電機轉(zhuǎn)速。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,感應(yīng)片上將產(chǎn)生幅值大小一定的感應(yīng)電流信號,經(jīng)過I-V變換電路、放大和帶通濾波電路處理之后,輸出為單一頻率的正弦信號。相敏檢波電路的作用就是鑒別被測電場的極性,將正弦信號轉(zhuǎn)換為同一極性全波信號,最后經(jīng)過低通濾波電路取出直流分量送入數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng),并將該值代入已標(biāo)定的輸出直流電壓信號幅值與被測電場強度特性曲線中,解算出被測電場強度的大小,并實時加以顯示,電源管理模塊為整個系統(tǒng)提供電源。

3.3 預(yù)置監(jiān)測系統(tǒng)探頭在線監(jiān)測 陰極保護(hù)技術(shù)作為控制海洋平臺水下鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的主要措施已被廣泛采用,陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)則是陰極保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分。它通過不間斷地自動巡回測量平臺導(dǎo)管架不同部位的陰極保護(hù)系統(tǒng)主要運行參數(shù),及時提供平臺水下鋼結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)狀況的信息,節(jié)省檢測費用,對確保平臺結(jié)構(gòu)的長期安全營運具有重要的意義,并為新平臺陰極保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、可靠、合理、安全的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

3.4 三種技術(shù)方案組合的監(jiān)控方案 在實際的起重機械管理使用過程中,對于起重機械金屬腐蝕紋裂等狀態(tài)是無法實時監(jiān)控的,特別是一些大型起重機械設(shè)備,一旦停機檢修有可能會讓整個港口的設(shè)備運轉(zhuǎn)停頓造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。因此實現(xiàn)在線實時監(jiān)控與定時停機監(jiān)控相互結(jié)合的方式,既能夠保證設(shè)備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn),也可能提升起重設(shè)備的穩(wěn)定性。

從上文所述的三種監(jiān)控技術(shù)設(shè)備當(dāng)中,交流電磁場檢驗技術(shù)屬于停機檢驗方案,而電場特征檢測法(FSM)與監(jiān)測系統(tǒng)探頭的技術(shù)方案,可以通過設(shè)備實時收集起重機械的腐蝕紋裂數(shù)據(jù),形成一種在線實時監(jiān)控的方案。首先通過電場特征檢測技術(shù)和陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)合,將各種監(jiān)控數(shù)據(jù)通過采集系統(tǒng)實時收集至集中數(shù)據(jù)庫當(dāng)中,根據(jù)數(shù)據(jù)的變動進(jìn)行分析,提供設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)的各種實時變化的數(shù)據(jù),如裂紋增大、設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕等情況。這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的分析結(jié)果讓專家能夠更加方便的判斷出整個設(shè)備存在的問題,并及時提出更換設(shè)備、停機檢修等相應(yīng)的解決方案。

結(jié)語

本文通過對起重機械的金屬結(jié)構(gòu)腐蝕、紋裂情況,結(jié)合了當(dāng)前市面上流行的監(jiān)控技術(shù)方案進(jìn)行探討,提出三種方案結(jié)合在一起,形成一種起重機械設(shè)備的監(jiān)控設(shè)備的方案,使得起重設(shè)備能夠在更復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中發(fā)揮更大的作用。