大型電站鍋爐汽水側(cè)氧化膜厚度檢測(cè)研究.pdf

1、長(zhǎng)期以來(lái)，電站鍋爐受熱面管的爆管問(wèn)題，一直是導(dǎo)致國(guó)內(nèi)外火電機(jī)組強(qiáng)迫停機(jī)的主要原因之一。由于設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行等方面因素的影響，機(jī)組超溫導(dǎo)致受熱面管壁生成大量氧化膜現(xiàn)象一直比較嚴(yán)重和普遍，氧化膜使管壁厚度變薄影響機(jī)組安全運(yùn)行，并且由于其熱阻較大，使得機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低。為此有效監(jiān)控管壁氧化層厚度意義重大。
　　 本文在分析鍋爐爐管內(nèi)側(cè)氧化膜形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，利用超聲波在金屬中具有很強(qiáng)穿透能力的特征，結(jié)合現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法，研制了

2、可用于測(cè)量鍋爐爐管內(nèi)側(cè)氧化膜厚度的檢測(cè)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，初步驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。具體研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　 通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)出鍋爐爐管內(nèi)側(cè)氧化膜結(jié)構(gòu)在不同溫度下，主要有兩種情況:溫度在570℃以下，氧化膜由Fe203和Fe304兩層結(jié)構(gòu)組成;溫度在570℃以上，由Fe2O3、Fe3O4和FeO(FeO在最內(nèi)層)三層結(jié)構(gòu)組成。由于超臨界機(jī)組爐管溫度一般在570℃以上，本文著重分析了其氧化膜形成情況后得出:

3、氧化膜厚度在0.2mm-1.5mm，其中FeO為主要成分，并且厚度受時(shí)間、溫度、壓力等因素的影響較大。
　　 通過(guò)對(duì)氧化膜結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)合超聲波傳播特性，系統(tǒng)采用脈沖回波法測(cè)量爐管氧化膜厚度，其中有兩個(gè)難點(diǎn):首先，因?yàn)樵跁r(shí)域中信號(hào)突變時(shí)間很短，所以難以判斷回波信號(hào)突變的時(shí)間點(diǎn);其次，由于回波到達(dá)時(shí)間的判斷不準(zhǔn)確，難以計(jì)算聲波在氧化膜中傳播的時(shí)間。在小波理論中，利用小波函數(shù)在信號(hào)高頻處，時(shí)窗窄、頻窗寬的特點(diǎn)，可用于找到回波信號(hào)突變

4、時(shí)間點(diǎn)。因此，本論文對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行實(shí)例小波分析，處理結(jié)果得到:運(yùn)用db6小波對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行5層小波分解，在高頻細(xì)節(jié)系數(shù)d1中，可以初步判斷回波信號(hào)發(fā)生突變點(diǎn)的時(shí)間段;通過(guò)bior2.2小波函數(shù)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行連續(xù)小波分解，在一維連續(xù)小波模極大值分布圖中，確定爐管/氧化膜界面多次反射回波的到達(dá)時(shí)間點(diǎn)，其中每條極大值線的時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)回波信號(hào)發(fā)生突變的時(shí)間點(diǎn)。計(jì)算若干相鄰極大值線間的時(shí)間差并取平均值，得到超聲波在氧化膜中傳播的時(shí)間。
　　

5、 利用上述分析結(jié)果，設(shè)計(jì)了硬件電路，系統(tǒng)以AT89S52為控制芯片，外圍電路包括電源模塊、模擬模塊、數(shù)字模塊。模擬模塊包括驅(qū)動(dòng)、濾波、采樣電路，并具有超聲波信號(hào)的發(fā)射、濾波、采樣和接收功能。數(shù)字模塊具有回波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、上位機(jī)通信、LCD顯示功能。在完成硬件系統(tǒng)研制的基礎(chǔ)上，編寫相關(guān)應(yīng)用軟件，初步完成樣機(jī)的研制工作。
　　 搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成系統(tǒng)調(diào)試工作。經(jīng)過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣件進(jìn)行測(cè)量，得到相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和不確定度評(píng)估，并得出相關(guān)結(jié)