鍋爐水冷壁管鰭片對漏磁檢測影響的分析

目前，我國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，必須加強對設(shè)備日常生產(chǎn)和服役運行中管材性能的監(jiān)控和檢測。漏磁檢測可被應用于鍋爐水冷壁管檢測中，但實際檢測過程中，鍋爐水冷壁管的鰭片會對漏磁檢測產(chǎn)生影響，目前關(guān)于漏磁檢測技術(shù)在鍋爐膜式水冷壁檢測方面的應用以及鰭片結(jié)構(gòu)對漏磁檢測影響的相關(guān)報道還較少。針對該問題，杭州市特種設(shè)備檢測研究院和東北石油大學的研究人員建立了有無鰭片水冷壁管的三維模型，設(shè)置了不同尺寸的內(nèi)腐蝕缺陷并進行有限元仿真分析，分析鰭片對漏磁檢測的影響。試驗結(jié)果為漏磁檢測技術(shù)在鍋爐水冷壁管中的應用提供了理論支撐。1有限元模型的建立01幾何模型試驗選用COMSOL有限元仿真分析軟件，建立有鰭片和無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算準確性的情況下提高有限元仿真分析的計算速度，單獨建立氣隙層，并將水冷壁管中存在缺陷的部分切割出來，單獨劃分網(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)格時進行加密。試驗在網(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，且非重點研究區(qū)域，因此選用自由四面體劃分網(wǎng)格，在保證計算精度的同時，提高了計算速度。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)格后進行穩(wěn)態(tài)求解，運用麥克斯韋方程組進行求解，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無缺陷時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水冷壁管較為常見的腐蝕缺陷，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，分別分析有無鰭片水冷壁管不同尺寸內(nèi)缺陷的漏磁場空間分布狀況。01無鰭片水冷壁管有限元仿真分析無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)部缺陷附近的磁場越弱，漏磁場越強。圖5無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無鰭片不同尺寸缺陷漏磁場磁通量密度x，y方向分量峰值圖6無鰭片漏磁場磁通量密度x，y方向分量峰值折線圖由圖6可知，無鰭片水冷壁管內(nèi)缺陷尺寸增大，漏磁場磁通量密度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，可見缺陷尺寸越大，管道內(nèi)部缺陷附近的磁場越弱，漏磁場越強。與圖5對比可知，鰭片的存在使得管道內(nèi)部磁場變?nèi)酰艿赖拇呕潭茸內(nèi)?，缺陷附近的漏磁場也變?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磁通量密度x，y方向分量峰值圖8有鰭片磁場磁通量密度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，漏磁場磁通量密度x，y方向分量均隨之增大。此變化趨勢與無鰭片水冷壁管的趨勢相同。3有無鰭片水冷壁管對比分析將無鰭片水冷壁管和有鰭片膜式水冷壁管漏磁場磁通量密度x，y方向分量的數(shù)據(jù)提取出來，利用Origin分別繪制每個尺寸無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，并進行對比。圖9有無鰭片不同尺寸缺陷的漏磁場磁通量密度對比折線圖由圖9可知，由于鰭片的存在，一部分磁場由鰭片處通過，使磁化強度減弱，缺陷處的漏磁場亦減弱。每個尺寸缺陷處漏磁場磁通量密度x方向分量均整體減小，y方向分量波動程度減小，即鰭片的存在會分散一部分磁場，使磁化強度減弱，缺陷處漏磁場強度變小。4試驗驗證在實驗室搭建試驗平臺，設(shè)置預置試驗板，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型漏磁檢測儀進行檢測，試驗現(xiàn)場如圖10所示。試驗內(nèi)容為分析不同尺寸和不同位置角度缺陷的漏磁場特征量分布情況。圖10試驗現(xiàn)場將管道波形圖中信號最強的5號通道的數(shù)據(jù)提取出來，并將兩者進行對比，繪制折線圖，如圖11所示。圖11有無鰭片水冷壁管不同尺寸缺陷波形對比將有鰭片和無鰭片不同尺寸的波峰值波谷值及二者差值提取出來，數(shù)據(jù)如表3所示。表3有無鰭片水冷壁管漏磁信號峰谷值繪制有無鰭片水冷壁管不同尺寸缺陷漏磁信號波峰波谷差值折線圖，結(jié)果如圖12所示。圖12有無鰭片不同尺寸缺陷漏磁信號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，有鰭片水冷壁管比無鰭片水冷壁管缺陷處能探測到的漏磁信號波動幅度?。粚Ρ葻o鰭片水冷壁管，有鰭片水冷壁管不同缺陷漏磁信號波峰波谷差值均有不同程度地下降，最大下降約40%。說明鰭片的存在使漏磁信號的波動幅度減小、漏磁信號減弱。與上述仿真分析得出的結(jié)果一致，且仿真分析和試驗數(shù)據(jù)得出的漏磁場磁通量密度變化趨勢相同，進一步驗證了結(jié)論的正確性。5結(jié)論對有鰭片和無鰭片鍋爐水冷壁管建立三維有限元分析模型，分別對不同尺寸的內(nèi)腐蝕缺陷進行有限元計算與對比分析，判斷鰭片對漏磁檢測的影響，并進行試驗驗證，得出以下結(jié)論：(1)

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