鍋爐水冷壁管鰭片對(duì)漏磁檢測(cè)影響的分析

目前，我國(guó)在電力方向仍然以煤電為主，鍋爐作為主要設(shè)備，數(shù)量巨大，容易出現(xiàn)安全隱患。因此，必須加強(qiáng)對(duì)設(shè)備日常生產(chǎn)和服役運(yùn)行中管材性能的監(jiān)控和檢測(cè)。漏磁檢測(cè)可被應(yīng)用于鍋爐水冷壁管檢測(cè)中，但實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，鍋爐水冷壁管的鰭片會(huì)對(duì)漏磁檢測(cè)產(chǎn)生影響，目前關(guān)于漏磁檢測(cè)技術(shù)在鍋爐膜式水冷壁檢測(cè)方面的應(yīng)用以及鰭片結(jié)構(gòu)對(duì)漏磁檢測(cè)影響的相關(guān)報(bào)道還較少。針對(duì)該問(wèn)題，杭州市特種設(shè)備檢測(cè)研究院和東北石油大學(xué)的研究人員建立了有無(wú)鰭片水冷壁管的三維模型，設(shè)置了不同尺寸的內(nèi)腐蝕缺陷并進(jìn)行有限元仿真分析，分析鰭片對(duì)漏磁檢測(cè)的影響。試驗(yàn)結(jié)果為漏磁檢測(cè)技術(shù)在鍋爐水冷壁管中的應(yīng)用提供了理論支撐。1有限元模型的建立01幾何模型試驗(yàn)選用COMSOL有限元仿真分析軟件，建立有鰭片和無(wú)鰭片鍋爐水冷壁管的有限元模型，其中水冷壁管外徑設(shè)置為60mm，管壁厚為4mm，鰭片厚為5mm，寬度為35mm，磁鐵的尺寸為90mm×60mm×25mm，銜鐵的尺寸為90mm×200mm×25mm，氣隙為4mm，缺陷均設(shè)置為管道內(nèi)缺陷。三維有限元分析模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1三維有限元分析模型結(jié)構(gòu)02網(wǎng)格劃分為了在保證計(jì)算準(zhǔn)確性的情況下提高有限元仿真分析的計(jì)算速度，單獨(dú)建立氣隙層，并將水冷壁管中存在缺陷的部分切割出來(lái)，單獨(dú)劃分網(wǎng)格，在鍋爐水冷壁管有缺陷段的管道及氣隙部分，劃分網(wǎng)格時(shí)進(jìn)行加密。試驗(yàn)在網(wǎng)格劃分的方式上選用映射、掃掠和自由劃分3種方式，其中缺陷段水冷壁管及氣隙層選用掃掠和映射的方式，設(shè)置網(wǎng)格最大單元大小為0.5mm；非缺陷段由于結(jié)構(gòu)特殊，且非重點(diǎn)研究區(qū)域，因此選用自由四面體劃分網(wǎng)格，在保證計(jì)算精度的同時(shí)，提高了計(jì)算速度。劃分后的網(wǎng)格示意如圖2所示。圖2有限元網(wǎng)格劃分示意03求解及后處理劃分網(wǎng)格后進(jìn)行穩(wěn)態(tài)求解，運(yùn)用麥克斯韋方程組進(jìn)行求解，求解后得出的有鰭片模式水冷壁管三維體磁通密度模如圖3所示。圖3無(wú)缺陷時(shí)三維體磁通密度模云圖提取路徑設(shè)置在水冷壁管含缺陷部位上方1mm處，路徑長(zhǎng)度為20mm，如圖4所示。圖4提取路徑示意2有限元仿真分析針對(duì)水冷壁管較為常見(jiàn)的腐蝕缺陷，在有限元仿真分析軟件中建立水冷壁管模型，在管道內(nèi)側(cè)的正中位置分別設(shè)置深度固定為3mm、尺寸為2mm×2mm，3mm×3mm，4mm×4mm，5mm×5mm的矩形缺陷，分別分析有無(wú)鰭片水冷壁管不同尺寸內(nèi)缺陷的漏磁場(chǎng)空間分布狀況。01無(wú)鰭片水冷壁管有限元仿真分析無(wú)鰭片水冷壁管不同尺寸缺陷的三維體磁通密度剖面云圖如圖5所示，能夠看出缺陷尺寸越大，管道內(nèi)部缺陷附近的磁場(chǎng)越弱，漏磁場(chǎng)越強(qiáng)。圖5無(wú)鰭片不同尺寸缺陷三維體磁通密度剖面云圖不同尺寸缺陷的漏磁場(chǎng)磁通量密度x，y方向分量峰值如表1所示，繪制成折線圖如圖6所示。表1無(wú)鰭片不同尺寸缺陷漏磁場(chǎng)磁通量密度x，y方向分量峰值圖6無(wú)鰭片漏磁場(chǎng)磁通量密度x，y方向分量峰值折線圖由圖6可知，無(wú)鰭片水冷壁管內(nèi)缺陷尺寸增大，漏磁場(chǎng)磁通量密度x，y方向分量均隨之增大。02有鰭片水冷壁管有限元仿真分析有鰭片水冷壁管不同尺寸缺陷的三維體磁通密度剖面云圖如圖7所示，可見(jiàn)缺陷尺寸越大，管道內(nèi)部缺陷附近的磁場(chǎng)越弱，漏磁場(chǎng)越強(qiáng)。與圖5對(duì)比可知，鰭片的存在使得管道內(nèi)部磁場(chǎng)變?nèi)?，管道的磁化程度變?nèi)?，缺陷附近的漏磁?chǎng)也變?nèi)?。圖7有鰭片不同尺寸缺陷三維體磁通密度剖面云圖不同尺寸缺陷的漏磁場(chǎng)磁通量密度x，y方向分量峰值如表2所示，繪制成折線圖如圖8所示。表2有鰭片不同尺寸缺陷漏磁場(chǎng)磁通量密度x，y方向分量峰值圖8有鰭片磁場(chǎng)磁通量密度x，y方向分量峰值折線圖由圖8可知，有鰭片水冷壁管內(nèi)缺陷尺寸增大，漏磁場(chǎng)磁通量密度x，y方向分量均隨之增大。此變化趨勢(shì)與無(wú)鰭片水冷壁管的趨勢(shì)相同。3有無(wú)鰭片水冷壁管對(duì)比分析將無(wú)鰭片水冷壁管和有鰭片膜式水冷壁管漏磁場(chǎng)磁通量密度x，y方向分量的數(shù)據(jù)提取出來(lái)，利用Origin分別繪制每個(gè)尺寸無(wú)鰭片和有鰭片水冷壁管x，y方向分量的折線圖，如圖9所示，并進(jìn)行對(duì)比。圖9有無(wú)鰭片不同尺寸缺陷的漏磁場(chǎng)磁通量密度對(duì)比折線圖由圖9可知，由于鰭片的存在，一部分磁場(chǎng)由鰭片處通過(guò)，使磁化強(qiáng)度減弱，缺陷處的漏磁場(chǎng)亦減弱。每個(gè)尺寸缺陷處漏磁場(chǎng)磁通量密度x方向分量均整體減小，y方向分量波動(dòng)程度減小，即鰭片的存在會(huì)分散一部分磁場(chǎng)，使磁化強(qiáng)度減弱，缺陷處漏磁場(chǎng)強(qiáng)度變小。4試驗(yàn)驗(yàn)證在實(shí)驗(yàn)室搭建試驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)置預(yù)置試驗(yàn)板，材料選擇鍋爐水冷壁管專用材料20G，鍋爐水冷壁管尺寸同上述尺寸。選用OMPS-08型漏磁檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖10所示。試驗(yàn)內(nèi)容為分析不同尺寸和不同位置角度缺陷的漏磁場(chǎng)特征量分布情況。圖10試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)將管道波形圖中信號(hào)最強(qiáng)的5號(hào)通道的數(shù)據(jù)提取出來(lái)，并將兩者進(jìn)行對(duì)比，繪制折線圖，如圖11所示。圖11有無(wú)鰭片水冷壁管不同尺寸缺陷波形對(duì)比將有鰭片和無(wú)鰭片不同尺寸的波峰值波谷值及二者差值提取出來(lái)，數(shù)據(jù)如表3所示。表3有無(wú)鰭片水冷壁管漏磁信號(hào)峰谷值繪制有無(wú)鰭片水冷壁管不同尺寸缺陷漏磁信號(hào)波峰波谷差值折線圖，結(jié)果如圖12所示。圖12有無(wú)鰭片不同尺寸缺陷漏磁信號(hào)波峰波谷差值折線圖根據(jù)圖11、圖12和表3可知，在缺陷尺寸不同時(shí)，有鰭片水冷壁管比無(wú)鰭片水冷壁管缺陷處能探測(cè)到的漏磁信號(hào)波動(dòng)幅度小；對(duì)比無(wú)鰭片水冷壁管，有鰭片水冷壁管不同缺陷漏磁信號(hào)波峰波谷差值均有不同程度地下降，最大下降約40%。說(shuō)明鰭片的存在使漏磁信號(hào)的波動(dòng)幅度減小、漏磁信號(hào)減弱。與上述仿真分析得出的結(jié)果一致，且仿真分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的漏磁場(chǎng)磁通量密度變化趨勢(shì)相同，進(jìn)一步驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。5結(jié)論對(duì)有鰭片和無(wú)鰭片鍋爐水冷壁管建立三維有限元分析模型，分別對(duì)不同尺寸的內(nèi)腐蝕缺陷進(jìn)行有限元計(jì)算與對(duì)比分析，判斷鰭片對(duì)漏磁檢測(cè)的影響，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：(1)

有