锅炉膜式水冷壁漏磁检测磁化结构设计及分析_检测资讯

锅炉膜式水冷壁漏磁检测磁化结构设计及分析

嘉峪检测网 2025-04-25 12:55

导读：漏磁检测技术近年来被广泛应用于特种设备的缺陷检测中。

电站锅炉作为我国煤电行业的关键设备，保有量较大，其关键部件如膜式水冷壁，在服役期间常受介质腐蚀、热辐射、磨损等因素影响出现管体损伤，进而发生泄漏，造成锅炉停产，甚至诱发安全事故，因此锅炉的使用单位和检验机构均较重视对水冷壁腐蚀、磨损情况的监控和检测，但较缺乏水冷壁管整体腐蚀情况的检测手段。

漏磁检测技术近年来被广泛应用于特种设备的缺陷检测中。

但是，目前关于漏磁检测技术在锅炉膜式水冷壁检测方面的应用以及如何解决鳍片结构对漏磁信号影响的相关研究工作还相对较少。

杭州市特种设备检验科学研究院联合南京市锅炉压力容器检验研究院的研究人员此前已尝试利用漏磁检测方法来解决上述问题，在初步应用时发现锅炉水冷壁管的鳍片会对漏磁检测产生影响。现针对该问题，提出了增加磁化单元，对待检水冷壁管两侧管道同时进行磁化的改进方案，并且对该方案的可行性进行了研究。

1.水冷壁鳍片对缺陷漏磁信号的影响

漏磁检测技术主要依靠缺陷处漏磁场信号特征和强度大小来判定缺陷性质和深度，膜式水冷壁管与压力管道存在结构差异，即膜式水冷壁管之间以鳍片相连，其结构示意如图1所示。

图1 水冷壁磁化结构示意

水冷壁管外径60 mm，壁厚4 mm，水冷壁鳍片厚5 mm，水冷壁管中心距95 mm，磁铁尺寸90 mm×60 mm×25 mm，衔铁尺寸90 mm×200 mm×25 mm，磁化器提离值4 mm，传感器提离值1 mm，缺陷尺寸3 mm×3 mm×3 mm。

在进行漏磁检测时，需要将待测工件磁化，膜式水冷壁的鳍片会使管道中的磁通量下降，从而导致缺陷处的漏磁信号被削弱，有无鳍片水冷壁的漏磁场磁通量对比如图2所示。

图2 有无鳍片水冷壁的漏磁场磁通量密度对比

2.磁化结构设计及有限元分析

为提高待测水冷壁管的磁通量密度，增强缺陷处的漏磁场信号强度，对鳍片结构造成的信号减弱进行补偿，提高检测灵敏度，设计了3个磁化单元并列布置的磁化结构，在检测过程中对待测管两侧管道同时进行磁化，以加强磁化效果。

为评价该方案对磁化效果的加强作用，借助有限元仿真软件COMSOL对膜式水冷壁的磁化结构进行建模，三磁化单元并列布置的磁化结构模型及有限元网格如图3所示。

图3 三磁化单元并列布置的磁化结构模型及有限元网格

对该模型的磁场分布进行求解，得出三维体磁通密度模如图4所示。缺陷二维漏磁场分布云图如图5所示。

图4 磁化结构模型的三维体磁通密度模

图5 缺陷二维漏磁场分布云图

根据漏磁检测设备霍尔传感器布置的位置（即传感器提离值），分别提取缺陷处管外壁上方1 mm处的漏磁场信号的切向分量和法向分量，数据提取路径的位置示意如图6所示。

图6 漏磁场信号提取路径示意

将所提取出来的径向（与管道表面垂直）、轴向（沿管道轴向）两个方向上的漏磁场磁通量密度分量，与单个磁化单元的两种模型进行对比，借助Origin软件绘制出3种磁化结构下，水冷壁管缺陷处漏磁场径向和轴向分量的点线图，如图7所示。

图7 3种磁化结构下水冷壁管缺陷处漏磁场磁通量密度的径向分量和轴向分量

由图7可知，相对于膜式水冷壁，无鳍片的水冷壁管缺陷处的漏磁场磁通量密度明显更高，这主要是因为鳍片与水冷壁管相连，膜式水冷壁被磁化后，与磁感应线垂直方向的金属截面积增大，穿过管道母材的磁通量密度降低，故管道缺陷产生的磁场畸变即漏磁场强度也随之减弱。

另外，3个磁化单元并列布置的磁化结构设计能够在一定程度上对通过待测管横截面的磁通量进行补偿，从缺陷处漏磁场的磁通量密度看，经过补偿后的径向分量Bx的峰峰差值和峰峰间距与无鳍片水冷壁管磁化结构的数值仿真结果基本一致，并且两条曲线的轨迹也基本重合；而三磁化单元结构的缺陷处漏磁场轴向分量By的峰值有较大提升，并且峰谷差值与无鳍片水冷壁管的结果基本一致，上述特征参量也是缺陷的重要量化指标之一。

3.试验验证与结果分析

为进一步验证数值计算结果的准确性以及三磁化单元结构的可靠性，设计加工了三磁化单元的检测仪原理样机，对设置有尺寸（mm）分别为2×2×3，3×3×3，4×4×3，5×5×3的4种人工缺陷的膜式水冷壁进行扫查。

为了便于对比，使用单个磁化单元的检测仪对无鳍片水冷壁管和膜式水冷壁进行了扫查。试验装置布置现场如图8所示。