攀钢炼钢转炉烟道管子检测初探

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1、攀钢技术-45-攀钢炼钢转炉烟道管子检测初探杨学勇(攀钢集团研究院有限公司)摘要：炼钢转炉烟道管子由于长期运行中振动与磨损，制造、安装与焊接，超温运行等因素的影响，易发生过热、变形、鼓包、磨损、高温腐蚀、胀粗、裂纹等缺陷。通过采用多种方法检测管子内壁，可以有效了解烟道某些管子特殊部位是否出现裂纹及管壁的腐蚀情况，并对整段烟道的使用寿命进行判定，为工作人员检修烟道管子时提供科学依据。主要论述了用低频电磁法检测烟道管子内壁腐蚀、裂纹等缺陷的原理、方法，远场涡流检测新技术检测烟道的机理、特点及应用，用超声波测厚仪检测剩余壁厚的方法及注意事项。关键词：炼钢转炉；烟道管；寿命；低频电磁法；远场涡流

2、检测新技术；超声波壁厚测定法攀钢技术-45-1炼钢烟道管子运行状态简述烟道管子易腐蚀的外部原因包括：①炉膛火焰温度高；②炉烟的含硫量大；③烟气与灰分颗粒的冲蚀。炼钢转炉在生产运行中，炉膛温度可高达1600℃以上，由于炼钢中硫及其它有害杂质的存在，管子普遍遭受高温腐蚀。参与高温腐蚀的危害物有燃烧过程中产生的SO2、SO3、H2S、碳氢化合物、碱金属盐及钒盐类等多种化学物质，它们在各种温度下共同对管壁进行复杂的动态腐蚀。其中，硫化物是锅炉高温腐蚀的主要因素,一是烟气中的硫化氢与管壁金属作用产生的腐蚀，含硫物在金属高温下产生单原子硫，硫与管道中的铁反应生成硫化铁(Fe+S→FeS)；二是由不可

3、燃硫在高温作用下生成硫酸盐混入灰分熔敷于管壁表面，使管子不再具有所要求的各种良好的高温机械性能，实际上导致管子有用壁厚的减薄，从而其有效承载能力不断下降，由此形成腐蚀。另外，高温烟气以大于8m/s的速度冲击管壁,烟气的腐蚀和灰分颗粒的冲刷在金属表面交替进行，造成管壁减薄。图1、图2显示了内壁腐蚀减薄等缺陷。2低频电磁法检测烟道管子内壁腐蚀、裂纹等缺陷2.1低频电磁法检测原理低频电磁法检测的基本原理是采用合适的励磁回路将磁场施于管道，使管壁局部磁化饱和，当被检区域管壁存在腐蚀坑或裂纹时，局部管壁磁阻增加，该区域的磁场产生畸变，部分磁场从管壁表面泄漏出来，形成局部区域漏磁场，漏磁场的分布与缺

4、陷的性质和几何尺寸存在关联。用磁敏元件获得漏磁场分布状况并转化为可以观察的电信号，即可获得反映管道的缺陷图形。漏磁检测原理见图3。图1管壁单侧均匀减薄图2螺旋管内壁腐蚀坑攀钢技术-45-励磁器磁敏元件裂纹励磁器磁敏元件(a)无缺陷(b)有缺陷图3最简单的漏磁检测原理攀钢技术-45-2.2低频电磁检测特点以励磁方式不同区分，漏磁方法分为两种：恒磁磁化和交流磁化。前者用直流电磁化或永久磁铁磁化来产生励磁，后者则用交变电流来激励交变磁场。交流漏磁法除较恒磁法在检测装置上较轻便外，还在信号获取上增加了相位、频率等方面的信息含量，能更多地收集缺陷特征，然而检测装置也相对复杂、昂贵。为了减少交变磁场

5、产生的涡流趋肤效应，交流漏磁法工作频率较常规涡流检测低许多，大致在5～100Hz，视管材质和壁厚而定。由于此特征，这种方法也称为低频电磁检测，简称LFET。2.3低频电磁法的应用低频电磁法能从管子外壁快速、简便和经济地查找管内腐蚀缺陷位置和大小，有效防止炼钢转炉烟道管子运行中的爆管停炉严重事故。检测是非接触方法，不需要耦合剂。管外壁的氧化皮，铁锈以及管内的水垢对检验结果没有影响。可探测的缺陷包括垢下腐蚀凹坑、氢腐蚀、裂纹、高温热腐蚀以及制造缺陷。3远场涡流检测新技术检测炼钢转炉管子的裂纹、腐蚀凹坑、磨蚀减薄等缺陷3.1远场涡流效应与机理远场涡流技术是基于一种特殊物理现象—远场涡流效应的管

6、道检测技术。原始的远场涡流检测探头见图4，它由两个同轴螺管线圈—激励和接收线圈组成，激励线圈通以低频交流电，接收线圈必须置于远离激励线圈2～3倍管内径处的“远场区”。图5为接收线圈中感应电势值以及该电势与激励电流之间的相位差随两线圈之间距离Ded（以管内径Di的倍数表示）变化关系曲线称信号─距离特性。特性可定性分为以下三个区域。管壁激励线圈接收线圈直接耦合间接耦合近场区过渡区远场区图4原始的远场涡流检测探头远场区两线圈间距(管径数)幅值/cm相位差近场区图5检测线圈信号—距离特性1)当Ded<1.8Di区域，感应电势是随距离增大而剧减，相位变化不大，这是因为检测线圈与激励线圈直接耦合剧减

7、所致，符合一般的涡流检测理论，称近场区或直接耦合区。2)当Ded增大到(2～3)Di，幅值与相位均以较小速率下降，且管内外相同，其相位滞后大致正比于穿过的管壁厚，可以近似用一维集肤效应相位公式计算。攀钢技术-45-式中,θ为感应电势的相位滞后；δ为管壁厚；ƒ为激励频率；μ为管壁材料的磁导率；σ为管壁材料的电导率。这个区域称远场区，对这个区域的规律，传统的涡流概念已无法解释，出现于远场区的特殊现象，称之为远场涡流效应。3)近场与远场之