机组四大管道磁性无损评价报告.doc

电站高温管道劣化降级的 磁滞测量评估技术 北京康坦科技有限公司1.应用背景及研究现状 火力发电厂四大管道包括：主蒸汽管道、热再热蒸汽管道、冷再热蒸汽管道和高压给水管道，它们是电厂汽水管道中重要组成部分，也是主要高温高压管道。四大管道在高温高压条件下长期运行会发生组织老化和蠕变损伤,使管道的断裂韧性和强度降低,从而使管道发生破裂的可能性增加。因此,检验电站高温管道材质的损伤状态,进而对管道的强度、断裂韧性和剩余寿命进行评估,是保证电站机组安全运行的前提。 目前我国仍然主要采用在实验室对取样材料进行短时蠕变试验和持久断裂试验,随后对持久强度、蠕变极限数据进行外推,最终确定高温部件在实际服役工况下的剩余寿命。从材料损伤的微观角度出发,则是通过金相组织观察，根据晶界孔洞、碳化物颗粒大小来评价材料的蠕变损伤度,进而预测高温部件的剩余寿命。然而上述实验评估方法都是基于破坏式的试验分析，对在役管道的剩余寿命评估并不适用；常规的超声、射线、涡流等无损检测手段又只能对管道的宏观缺陷进行检测，对这些在宏观缺陷产生之前的隐性损伤就显得无能为力。 新兴的金属磁性检测技术，被认为在早期损伤检测方面极富开发潜力，但目前对铁磁构件早期损伤的磁性检测机理和方法还缺乏相应的系统研究，离实际的工业应用就相差更远。哈尔滨工业大学的徐敏强教授等人探讨了磁记忆技术用于应力状态和疲劳损伤检测的可行性，进而围绕铁磁性材料早期损伤检测这一核心，从静载和疲劳拉伸试验研究、塑性范围内的磁机械效应模型构建、面向早期疲劳损伤的磁场畸变建模等几个方面，较系统地研究了铁磁构件早期损伤的磁记忆检测问题；但磁记忆检测精度不高，测量重复性及稳定性差，受干扰因素众多，依然无法满足工业应用。而武汉大学的马向东等人测量了取自经历不同运行时间的高温管道试样的剩磁和矫顽力等磁性参数,描述了上述磁性参数随运行时间变化的规律,分析了高温管道磁性参数（剩磁和矫顽力）随运行时间变化的原因,指出了这项技术在高温管道寿命评价上的应用前景。美国伊利诺伊大学学者Alberto polar等人研究了材料的磁滞行为与不同蠕变劣化程度之间的关系，实现了材料蠕变损伤程度和剩余寿命的无损检测评估；通过研究得出耐蠕变型P91钢在不同蠕变阶段，其饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁滞参数呈现出一定的线性比例和指数关系；通过描述材料磁化过程的J-A模型，并从实验获得的磁滞回线提取相关模型参数，最终通过这些参数的代数计算得出蠕变损伤因子，用来评估材料的蠕变损伤程度及预测剩余寿命。 乌克兰SSE公司资深无损检测团队经过多年研发的磁滞测量评估技术，现已广泛应用于电站高温高压管道材质劣化程度及剩余寿命的检测评估。 磁滞测量评估技术原理 工程材料的完整性评估包括宏观缺陷和微观损伤两方面的评估。常规无损检测一般只能检测宏观缺陷；在宏观缺陷出现之前，材料缺陷是以微观损伤累积的，对于有些工件表面虽然没有宏观裂纹，但微观损伤严重的，如若继续使用，很可能影响工件的正常使用甚至发生危险。因此，单纯检测宏观缺陷是不完善的。磁滞测量评估技术可以很好的反映材料微观损伤情况，并对当前的机械性能劣化程度进行量化评级。 磁滞测量评估技术是基于材料的磁滞行为对材料的微观结构变化及应力状况非常敏感（见图1）；而电站高温管道机械性能（特别是钢的高温强度和塑形）的降级正是由于管道内部组织发生了一系列的变化，如石墨化、珠光体的球化和碳化物聚集、合金元素在固溶体和碳化物之间重新分配、时效和新相等；同时，由于反复的加压和卸压、温升和温降使管道形成局部应力集中区域，直接影响材料的抗疲劳性能和高温蠕变性能；因此可以通过测量高温管道的磁滞参数来反映材料当前的劣化降级程度及残余寿命。 表征材料磁滞行为的主要参数包括矫顽力、剩磁、最大磁导率、磁滞损耗等，该四个参数也是对材料微观组织变化最敏感的，称为结构敏感型参数。乌克兰SSE公司基于材料磁滞行为研发的多参数磁滞测量评估设备（见下图2）能同时测量矫顽力、剩磁、磁滞损耗、最大微分磁导率、最大磁场强度、最大磁感应强度等多组磁滞参数，并绘制完整的磁滞回线，更全面可靠的评估材料的劣化降级程度（如图3所示）。 在四个结构敏感型参数中，矫顽力值最为稳定，同时又对微观结构变化最敏感，基于此种情况，乌克兰SSE公司又专门研发了单参数磁滞测量评估设备（见下图4），用于材料机械性能劣化降级的快速测量评估。 在高温管道材料服役前至宏观缺陷出现之前,材料的劣化是以微观损伤的形式累积的；累积到一定程度会造成材料机械性能快速恶化，给电站长周期安全运转带来极大隐患；而材料在整个劣化降级过程中磁滞参数（如矫顽力值）是逐渐增大的（如图3所示），因此可以通过测量材料的磁滞参数来反映材料当前的劣化损伤状态及残余寿命。 同时，磁滞测量评估技术可以表征