热电厂空预器管束远场涡流检测

魏培生，王立坤，唐飞阳亮

（中石油独山子石化分公司研究院，新疆 独山子 833699）

某公司2018年检修时，对热电厂几台锅炉的空预器进行了检查，发现4#炉空预器管束低温段腐蚀严重，部分管束需进行整体更换。该空预器采用卧式顺列三回程布置，位于尾部竖井下方；空气在管内流动、常温、0.025MPa；烟气在管外流动、微负压、流速8～15m/s、排烟温度118～130℃；烟气含有SO2、SO3、NOx等腐蚀性介质、含氧量2.8%～6.3%。空预器管束规格¢57×3mm，材质09CuPCrNi-A的防腐蚀考登钢钢管。

1 空预器管束腐蚀类型

对空预器管束腐蚀断裂部位进行横向、纵向解剖观察发现：管束直径方向无明显尺寸形变，管束断裂处横截面整体减薄并断裂，严重处薄如纸状。管束内表面光洁、无腐蚀产物；纵焊缝内表面外观完好，无错边、无咬边、无变形、无外观缺陷。管束外表面呈铁锈红色，局部有蜂窝状小坑和条状沟槽，外表面焊缝部位无外观缺陷、无腐蚀沟槽。从内外表面腐蚀状况及整个管束来看，腐蚀发生在管束的外表面且存在局部区域的均匀减薄，测厚数据表明管束具有典型的均匀腐蚀特征，见图1。

图1 空预器管束截面测厚

在锅炉烟气中含有SO2、SO3、NOx等腐蚀性介质，SO3遇烟气中的水气就会产生硫酸蒸汽。由于空预器中空气入口的温度较低、低温段烟气温度不高，硫酸蒸汽凝结在管束受热面造成硫酸露点腐蚀。全国煤质的烟气酸露点基本处于113～148℃之间，与车间118～130℃排烟温度区间重合，促使空预器低温段管束产生严重的局部均匀减薄。在空预器管束发生泄漏后造成局部温度进一步降低，更加剧了泄漏部位附近管束的露点腐蚀。

2 空预器管束泄漏监测方法

热电厂空预器运行过程中未对管束做相应的无损检测。目前管束泄漏监测方法是通过测量烟气中氧气含量判定管束泄漏的程度；对管束仅做了漏风测试，然后再针对泄漏管束进行堵管或更换。

空预器管束生产运行中出现严重腐蚀减薄的情况，在目前常用的无损检测方法中，推荐采用远场涡流检测技术可对管束壁厚进行测量，能获得很好的检测效果，依据剩余壁厚可以估算管束剩余使用寿命。

3 空预器管束远场涡流检测

远场涡流检测技术对于在用管束的检测一般采取内穿过式探头，本文使用Φ48mm内穿过式ADA多通道探头、探头填充率达88%，其均匀腐蚀信号的相位角跟壁厚呈线性关系，可以很好地反映均匀腐蚀深度的百分比。

检测前参考NB/T47013.6-2015《承压设备无损检测：涡流检测》加工对比试样。试样上人工缺陷尺寸为：管束断裂模拟；通孔直径为壁厚的1.25倍；周向窄凹槽深为壁厚的20%、槽宽为3mm；周向宽凹槽深为壁厚的20%、壁厚的40%，槽宽300mm；单边缺陷深为壁厚的60%，轴向长为15mm，其周向幅度为180°。

检测系统频率参数的选择。绝对通道频率的选择，调整频率f1以获取一个相位的度数，较高的频率产生一个较大的相移，对于绝对线圈而言，相位和壁厚是线性相关的。在对比试样上，用不同检测频率对20%的周向宽凹槽进行测试，相移角度与频率f1的关系见图2。在图2中可以选择20°附近的频率作为检测频率（图2中框出的区域），近似理解为：绝对通道中缺陷相位20°代表腐蚀减薄深度达20%T（T：管束壁厚）。该方法不需要进行换算就能间接近似表示均匀腐蚀深度，在实际应用中具有很好的实用意义。差分通道频率的选择，该通道用于检测点状的局部腐蚀缺陷，其缺陷信号易于噪声混淆，应选择能抑制噪声信号的频率参数进行现场检测。在对比试样上，用不同检测频率对噪声进行测试，噪声信号大小与频率的关系见图3，可知噪声信号在某一频率范围内维持最低值（图3中框出的区域）。实际检测时应选取差分信号噪声小的频率区间作为差分通道的检测频率，利于降低噪声信号、提高信噪比。

图2 绝对通道频率f1测试

图3 差分通道频率f1、f2测试

结合图2、图3两种通道的频率测试结果，取频率区间相重合的部分优化检测频率参数。最终选定用于检测的频率参数，f1=80Hz、f2=160Hz，对人工缺陷进行测试，对比试样上人工缺陷信号清晰可见。

实施远场涡流检测。空预器管束产生露点腐蚀的部位在管束低温段，以20%比例在此处重点抽查管束，若腐蚀减薄严重再扩大检测比例。检测过程中，尽可能使探头移动速度恒定平稳、不超过10m/min，且检测时的检测速度与仪器调试时的检测速度相近。经检测，空预器管束实际腐蚀情况与解剖样品腐蚀状况一致：在空预器的低温段管束局部区域出现因露点腐蚀引起的周向减薄，且腐蚀长度在1m以内，其余部位未发生露点腐蚀，现场空预器管束远场涡流检测图谱见图4。依据火力发电厂锅炉机组检修导则，管束壁厚腐蚀或磨损超过70%需要堵管或更换，对现场判废的管束切割后发现：管束最薄处薄如纸状、在外壁存在明显腐蚀痕迹，其余部位进行超声测厚检测，测厚结果与远场涡流检测结果非常接近，进一步证明了远场涡流检测方法的有效性。

图4 空预器管束远场涡流检测图谱

管束剩余使用寿命估算。该电厂共有5台锅炉，空预器管束在8～10年内都存在大量更换情况，管束规格为¢57×3mm，其年均匀腐蚀量为0.3～0.4mm。若管束未发生泄漏，按照腐蚀或磨损接近70%未采取措施进行计算，剩余时间约为2年；若管束发生泄漏、造成局部温度进一步降低，加剧了管束的露点腐蚀速率，剩余使用时间远小于2年。

4 空预器管束检测建议

定期进行远场涡流检测，监控管束壁厚腐蚀变化情况，获得易发生露点腐蚀部位的腐蚀速率，估算管束剩余使用时间，合理安排检维修周期、减少非计划停工次数。对泄漏管束采取封堵或更换措施，避免空预器局部温度降低、产生严重的露点腐蚀。

5 空预器管束远场涡流检测注意事项

（1）分析管束腐蚀原因，确定管束腐蚀类型，有助于缺陷类型的判定。对明确的腐蚀类型，通过远场涡流检测可准确判定缺陷类型及腐蚀量。

（2）制定远场涡流检测工艺时，应对远场涡流检测系统的频率进行优化。

（3）管束剩余使用寿命评估。依据管束判废原则及剩余壁厚，从理论上估算管束继续使用的时间。