大型電站鍋爐汽水側(cè)氧化膜厚度檢測研究.pdf

1、長期以來，電站鍋爐受熱面管的爆管問題，一直是導致國內(nèi)外火電機組強迫停機的主要原因之一。由于設計、制造、運行等方面因素的影響，機組超溫導致受熱面管壁生成大量氧化膜現(xiàn)象一直比較嚴重和普遍，氧化膜使管壁厚度變薄影響機組安全運行，并且由于其熱阻較大，使得機組經(jīng)濟性降低。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)氧化膜形成機理的基礎上，利用超聲波在金屬中具有很強穿透能力的特征，結合現(xiàn)有測量技術和數(shù)據(jù)處理方法，研制了

2、可用于測量鍋爐爐管內(nèi)側(cè)氧化膜厚度的檢測系統(tǒng)，并在實驗室中進行了相關試驗，初步驗證了系統(tǒng)的可行性。具體研究內(nèi)容和成果如下:
　　 通過查閱相關文獻，總結出鍋爐爐管內(nèi)側(cè)氧化膜結構在不同溫度下，主要有兩種情況:溫度在570℃以下，氧化膜由Fe203和Fe304兩層結構組成;溫度在570℃以上，由Fe2O3、Fe3O4和FeO(FeO在最內(nèi)層)三層結構組成。由于超臨界機組爐管溫度一般在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，并且厚度受時間、溫度、壓力等因素的影響較大。
　　 通過對氧化膜結構的分析，結合超聲波傳播特性，系統(tǒng)采用脈沖回波法測量爐管氧化膜厚度，其中有兩個難點:首先，因為在時域中信號突變時間很短，所以難以判斷回波信號突變的時間點;其次，由于回波到達時間的判斷不準確，難以計算聲波在氧化膜中傳播的時間。在小波理論中，利用小波函數(shù)在信號高頻處，時窗窄、頻窗寬的特點，可用于找到回波信號突變

4、時間點。因此，本論文對回波信號進行實例小波分析，處理結果得到:運用db6小波對回波信號進行5層小波分解，在高頻細節(jié)系數(shù)d1中，可以初步判斷回波信號發(fā)生突變點的時間段;通過bior2.2小波函數(shù)對回波信號進行連續(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時間點，其中每條極大值線的時間點對應回波信號發(fā)生突變的時間點。計算若干相鄰極大值線間的時間差并取平均值，得到超聲波在氧化膜中傳播的時間。
　　

5、 利用上述分析結果，設計了硬件電路，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、濾波、采樣電路，并具有超聲波信號的發(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、上位機通信、LCD顯示功能。在完成硬件系統(tǒng)研制的基礎上，編寫相關應用軟件，初步完成樣機的研制工作。
　　 搭建實驗平臺，完成系統(tǒng)調(diào)試工作。經(jīng)過對標準樣件進行測量，得到相關數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析和不確定度評估，并得出相關結