在役锅炉水冷壁管腐蚀检测技术研究

陈世旺

（福建省特种设备检验研究院，福建 福州 350008）

1 引言

水冷壁管是锅炉的主要受热部分，敷设在锅炉炉膛内壁、由许多并联管子组成的蒸发受热面。水冷壁管由于工作在火焰、烟灰、高压、高温等恶劣环境下，受到水汽、烟气、煤灰及火焰介质的腐蚀、冲刷等作用，管内壁会产生各种腐蚀缺陷及减薄现象，造成爆管停炉事故，严重威胁锅炉设备的安全运行。

2 水冷壁管腐蚀机理

水冷壁管腐蚀缺陷主要发生在管内壁，常见腐蚀模式有高温腐蚀、酸腐蚀、碱腐蚀、垢下腐蚀等[1]。

高温腐蚀是炉膛内高温烟气和水冷壁管间相互作用的一个复杂的物理化学过程，多发生在局部热负荷较高，管壁温度也较高的区域，如燃烧器附近。发生高温腐蚀的水冷壁管向火侧腐蚀速率最快，管壁减薄量最大。

水冷壁管的酸腐蚀是指由于H+的去极化过程所造成的腐蚀。水冷壁管酸腐蚀一般在水处理系统不正常、发生水质恶化产生酸性物质时才会发生。酸腐蚀是一种全面腐蚀，可以是均匀或非均匀的腐蚀，腐蚀速率较快。

碱腐蚀是由于NaOH等强碱的腐蚀作用，使水冷壁管内壁面的Fe3O4保护膜遭到破坏，失去保护作用，从而导致金属本体遭到腐蚀的一种化学腐蚀。碱腐蚀一般发生在水冷壁管的高温区或局部过热区。

垢下腐蚀是指在锅炉运行期间，水冷壁管内壁会附着一定的水垢，由于水垢的传热性较差，导致水垢处的管壁温度升高，因此渗透到水垢与管壁间的炉水会发生蒸浓作用，形成浓度高、侵蚀性强的溶液，造成水冷壁管腐蚀。

3 水冷壁管腐蚀检测技术研究

目前，为了避免水冷壁管爆管事故发生，可采用超声波检测、磁粉检测、涡流检测来检查水冷壁管腐蚀情况。超声波检测方法由于测量前需做管外壁除垢、涂抹耦合剂等准备工序，速度慢、检测效率低，限制了测量点的数量。磁粉检测方法灵敏度较高，但只能用来检测外表面缺陷，无法检测管内壁腐蚀缺陷。涡流检测方法采用电磁感应原理，具有无须耦合剂、检测速度快、能穿透氧化层等特点，十分适合用来检查在役锅炉水冷壁管内壁腐蚀缺陷。

涡流检测主要有常规涡流、远场涡流、低频涡流三种方法。常规涡流检测方法由于金属表面存在的趋肤效应，使得涡流场难于渗入金属内部，只能用来检测表面、近表面缺陷。远场涡流检测方法可用来检测水冷壁管内部缺陷，但其采用线圈式探头，检测时需从管子内部穿过，无法用来检测在役水冷壁管。低频涡流检测方法以马鞍形探头附着于水冷壁管外壁，来扫查水冷壁管内壁腐蚀缺陷，检测速度快，准确度高。因此，研究采用低频涡流检测技术来检测在役锅炉水冷壁管内壁腐蚀缺陷。

4 低频涡流检测技术原理

低频涡流检测技术是一种采用低频交流激励的快速漏磁检测新技术，工作频率一般为5Hz～100Hz。由低频交流线圈产生的交变电磁场，在衔铁、气隙和被测工件间形成了一个磁路。当被测工件中存有裂纹、腐蚀坑等缺陷时，磁阻增大，缺陷附近的磁力线将会发生弯曲，部分磁力线泄漏出管壁产生漏磁场。而漏磁场的幅值、相位及频率等都与缺陷的性质和几何尺寸等存在着关联。通过对漏磁场的测量，能够获得一些缺陷的基本信息。由于激励频率低，低频涡流检测技术能够克服趋肤效应，可以在管外或管内[2]同时检测铁磁性或非铁磁性管道的内外壁缺陷，最大可检测壁厚为24mm（20#钢）[3]。

5 低频涡流检测技术参数的确定

低频涡流检测技术参数可通过制作人工缺陷样管，并经试验验证来确定。本文以材质为20g，规格为Φ60×5mm管子为例制作人工缺陷样管（见图1）。在该样管上加工3个盲孔和1个通孔共4种人工缺陷,盲孔与通孔均采用电火花加工方法制备。其中：

（1）盲孔1——Φ6mm径向平底孔，深度d为1mm；

（2）盲孔2——Φ6mm径向平底孔，深度d为2mm；

（3）盲孔3——Φ6mm径向平底孔，深度d为3mm；

（4）通孔4——Φ6mm径向通孔。

在使人工缺陷样管上各人工缺陷都能清晰地显示和分辨的前提下，通过选用合适的灵敏度幅值，从而便于观察缺陷当量比人工缺陷样管上各人工缺陷还小或更大的自然缺陷。利用上述人工缺陷样管，经过多次试验，确定低频涡流检测技术参数如下：频率——12Hz、驱动——10V、灵敏度——2°/d。

6 水冷壁管低频涡流检测应用实例

现对福建漳州某电厂4#机组锅炉水冷壁管内腐蚀作在役涡流探伤。该锅炉水冷壁管规格为Φ60×5mm，材质为20G。本次检测采用厦门涡流检测技术研究所研制的ET-100钢管腐蚀扫查仪与马鞍式超低频扫查探头对该锅炉前、后墙水冷管进行腐蚀检测。经现场检测，有4根水冷壁管存在较大缺陷信号，分别位于左数第13根管上标高1.9m处、第20根管上标高2.5m处、第25根管上标高2.7m处、第27根管上标高2.5m处。经超声波测厚仪测量复查，前述四处减薄严重。经现场割管解剖验证，管内壁可见轴向长度不等的严重的面状腐蚀坑（第13根长400mm，第20根长1100mm（见图2），第25根长1200mm（见图3），第27根长500mm）。还有25根存在中等缺陷信号，同样经超声波测厚和解剖验证，均存在不同程度腐蚀，其中第37根管上标高1.9m处存在3处较严重点状腐蚀坑（见图4），第38根管标高1.2m处有一长300mm的较严重面状腐蚀坑。

7 结论

采用低频涡流检测技术对在役锅炉水冷壁管进行检测，能从管外壁快速、方便地查找出水冷壁管内壁腐蚀缺陷，无需清除水冷壁管表面的氧化层、垢层等，也无需涂抹耦合剂，具有较高的准确性，能高效地检测出水冷壁管内部的腐蚀缺陷，工效可达到120m2/天以上。

[1] 邵松伟．RBI技术在电站锅炉系统中的应用研究[D].兰州：兰州理工大学，2009.

[2] Y. GOTOH, N. TAKAHASHI. Three-Dimensional FEM Analysis of Electromagnetic Inspection of Outer Side Defects [J]. IEEE Transactions on magnetic,2007, 43（4）：1733-1736.

[3] 林俊明，曲民兴，李同滨.低频电磁/涡流无损检测技术的研究[J].无损探伤，2002，（1）：30-32.