文档介绍：用金属磁记忆法
评定锅炉和蒸汽管道弯头
应力—变形状态的方法
“动力诊断”技术公司方法(发明人杜波夫副博士)用来提高发电设备出事最多的一种部件——锅炉和蒸汽管道弯头的可靠性。
技术诊断领域中,这是完全崭新的方法,它能够按金属在使用过程中形成的残余磁场强度,查出那些即将破损的弯头。
该方法可用在火电厂、核电站、锅炉以及其它要求保证管路系统可靠性的工业部门,既可以单独使用,也可以和传统的检测手段和方法配合作用。
前言
动力部门的一个复杂问题就是确保锅炉未受热管和蒸汽管道弯头的可靠性。有不少记录在案的高压锅炉未受热管弯头的破损事件,其中一些造成了严重的后果。
尽管在“动力诊断”的行业规模上做了大量的研究工作,采取了大量的措施以提高弯头的可靠性,时至今日并未取得理想的结果,锅炉未受热管弯头依旧是事故点。
现有的无损检测方法(超声、磁粉)虽然在动力部门广泛使用,但仅用来查找和发现设备的金属中那些业已发展了的缺陷和种种不同类型的裂纹,如果从确保值班人员安全的角度来看待设备运行的可靠性,这是不能容许的。
此外,弯头破损的主要根源乃是由工作载荷造成的机械应力集中。通常,破损的那些弯头,都是使用在有附加的,未能计算出的应力条件下。
对锅炉和蒸汽管道磁化现象所做的一整套工作,包括分析、试验室和工业性的研究,在此基础上,研制出一种按照在金属表面上漏磁场(Hp)强度值及其分布特点去评定弯头应力——变形状态的方法。
同样确定了铁磁性管在拉伸、挤压、扭曲和周期性载荷下残余磁化强度的变化和相应被测磁场Hp的变化,肯定和所受最大的工作应力有关,从而有可能利用这一参数在制订本诊断方法时,用它做记忆要素。
从强度和断裂力学理论方面得知,结构发展破损最为不利的情况是,金属的局部处在主要以拉伸应力作用的叠加载荷。在这种情况下一些裂纹出现在沿垂直于拉伸应力的那些平面上。考虑到Hp=O的那些线与现场实践中查出的不少管子弯头表面可见裂纹相重合的事实,做出了这些线和垂直于最大拉伸应力的那些线相重合的论断。显然,这些线如果和管子的拉伸区和中性区相重合,那它的可靠性就是最危险的。在这种情况下,例如,在弯头拉伸减薄的管壁上加上由扭转力矩产生的最大外部应力和内部由介质压力στ产生的正切应力,其结果在长期使用中由周期性载荷作用弯管拉伸壁上出现纵向损伤,这一损伤又为上述应力一起作用而加快。类似的应力状态也会在弯头的中性区出现,当弯头该处丧失坚固性时,也有几种应力同时作用于管壁的情况出现。
由于金属具有对最大工作载荷形成的应力集中区的磁记忆效应,使找出那些即将破损的弯头成为现实和可能。
本方法所提出的评价标准,能区分出处在弹性变形区的弯头,在塑性变形区使用的弯头和处在即将破坏状态的弯头。按沿弯管中间截面周边上Hp值大小和其分布特点,能评定出由工作载荷产生的附加(未算出的)应力水平。
上述诊断蒸汽和水管道弯头的方法,可单独使用,也可以和其它普通和无损检则方法一起配合使用。
2 用途和使用范围
本方法适用于锅炉和蒸汽管道以及所有其它处在运行中的工艺管道的弯头。
方法基于记录漏磁场强度Hp,其特点是说明在工作载荷作用下弯头金属中形成的残余磁场强度分布。
方法能够:
——查出那些工作在最大应力条件下濒临破损的弯头;
——确定要采取监测措施的弯头组;
——和其它一般和无损检测方法相结合,客观及时地确定有缺陷或机械性能降低的弯头;
——制定防止弯头破损的措施;
——大大缩减检测和更换锅炉和蒸汽管道弯头的工作量。
3 检测仪表及其工作原则
使用带铁磁探测转换器(传感器)的仪表去实行沿被磁化管子表面检则漏磁场强度。
可使用梯度计或场强计做为上述仪表的传感器。
TSC-1M型测磁仪表(机械应力磁指示器——铁磁探测式)具有测量磁场强度的铁磁探测转换式传感器(场强计和梯度计),其工作原理和使用条件列于该仪表说明书中。
为了提高检则锅炉管道的效率,“动力诊断”技术公司研制了计算机式仪表——应力集中指示仪(TSC-1M)。该仪表有检测锅炉管道的专用扫描装置,显示管子应力变形状态图形信息的带照明屏幕,有带独立电源的存储器和按事先存入的评价标准自动处理信息的软件程序。
该仪表的详细说明,其工作原理和使用方法都列在仪表说明书中。
管子漏磁场强度值的测量误差取决下列各因素:
——外表氧化皮和结垢的厚度;
——传感器距管子表面的距离;
——传感器沿管子表面的扫描速度。
加上上述各项因素的测量误差可达5%。但是对于按本方法评价弯管状态的标准,这个误差值不会有显著的影响。
4 检测与评价锅炉管道和蒸汽管道弯头应力——变形状态的方法
在停机检修的设备上进行检测。沿弯头母