氧化皮检测方案

氧化皮检测方案
编制单位：河北永佳技术检测有限公司
编制日期：2016年2月23日
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氧化皮检测方案
一、项目范围
对国电建投内蒙古能源有限公司布连电厂1号机组锅炉受热面奥氏体钢弯头异物堵塞检查。

二、编写依据
DL/T438-2009 《火力发电厂金属技术监督规程》
DL/T939-2005 《火力发电厂锅炉受热面管监督检验技术导则》
三、检查方案
1.氧化皮生成原因
钢表面氧化皮的生成是金属在高温水汽中发生氧化的结果。

在570℃以下，生成的氧化膜是由Fe2O3(三氧化二铁)和Fe3O4(四氧化三铁)组成，而Fe2O3(三氧化二铁)和Fe3O4(四氧化三铁)都比较致密，因此可以保护钢材避免进一步被氧化；当温度超过570℃时，氧化膜是由Fe2O3(三氧化二铁)、Fe3O4(四氧化三铁)、FeO(氧化铁)组成，而FeO(氧化铁)不是致密的，此时金属抗氧化能力大大降低，水蒸汽在高温条件下与金属发生反应：3Fe ＋ 4H2O ＝Fe3O4 ＋4H2↑。

2.氧化皮的脱落原因
2.1 水蒸汽在氧化金属的过程中释放的氢质子，除了产生氢气以
外，还可以在氧化膜中形成氢缺陷，或穿过氧化层直接在金属基底反
应，在金属/氧化膜界面处会产生很高的氢压，因而进一步促进氧化
膜生长和剥落。

2.2奥氏体不锈钢与氧化皮的热膨胀系数不同。

氧化皮的主要成
分是Fe3O4和少量Fe2O3，铁氧化物与母材热膨胀系数之间有较大差异，见下表。

在锅炉运行或启、停机时受热面管子的温度变化，尤其是剧烈温度变化时，氧化皮之间以及基材因受热应力而脱落。

热膨胀系数表
2.3氧化皮达到一定厚度
氧化皮的临界厚度尺寸：对于奥氏体钢管，Fe3O4氧化皮厚度达到100～200μm开始剥落。

日本IHI和丹麦电业联合体ELSAM的研究结果：氧化皮的成长存在边界效应，即随时间推移氧化皮将达到临界厚度，此后氧化皮开始剥落，产生剥落的原因主要是氧化皮与母材的膨胀系数不同，在载荷变化迅速、锅炉启停等情况下，氧化皮易剥离。

3.氧化皮的危害
主要造成两类安全性问题：管道的蒸汽侧氧化导致锅炉局部过热，超温爆管，降低机组可用率；汽轮机叶片固体颗粒侵蚀（SPE）(在汽轮机内完成对叶片的撞击和冲蚀以后，颗粒本身会破碎、变小、变细，并增加了一些叶片本身被冲蚀的产物，进入凝结水系统。

这些细小氧化铁颗粒进入系统后会在锅炉水冷壁管、靠近省煤器端的高加水侧加热管沉积，导致水汽系统二次污染)。

4.氧化皮和铁磁性异物的测量
4.1氧化皮的物理形式
4.1.1未脱落的氧化皮
奥氏体不锈钢，通常剥离的氧化物仅仅是磁性Fe3O4，厚度为10µm-200µm。

内层的铁铬尖晶石通常不脱落。

4.1.2已脱落的氧化皮
所产生的氧化皮达到一定厚度（比如0.1mm）后，在温度波动、特别是停炉时，容易因为热应力剥落，堆积在管道弯头部位。

4.2脱落氧化物的检测
对奥氏体不锈钢从管材内壁脱落的氧化皮，可利用氧化皮本身的铁磁性进行测量。

奥氏体不锈钢为弱顺磁性物质，氧化皮为铁磁性物质。

对铁磁性物质施加磁场，会使铁磁性物质所占有空间的磁场发生较强变化；对弱顺磁性物质施加磁场，其所占空间的磁场无明显变化；通过施加激励磁场，测量铁磁性物质磁化后的磁场强度变化 ---- 即为我们所需的铁磁性测量原理。

对所测锅炉管道施加一定规律的磁场，使得管内氧化物被磁化，检测其相关的磁场强度，即可测算氧化物（或铁磁性异物）的多少。

5.具体检测方法
我单位使用的（BTDO--I型）锅炉管内氧化皮无损检测仪是北京国电电科院检测科技有限公司研制的专用电厂氧化皮检测仪器，该仪器是采用先进的微电子技术、计算机技术及电磁检测技术于一体的新
一代无损检测仪器。

该仪器一方面可以快速有效地定量检测电厂锅炉不锈钢管内部氧化皮剥落堆积状况，排除不锈钢管氧化皮过多而导致爆管；另一方面还可以通过不锈钢管内部氧化皮的检测，给锅炉不锈钢管受热面的整体氧化腐蚀状态提供有效的数据支持，从而帮助实现对锅炉的安全评估。

同时，此仪器也可以检测出不锈钢钢管内部铁磁性的异物，比如：铁屑，金属焊丝等。

A.在脚手架或升降平台具备条件后，首先要对受热面出口侧及进口侧下弯头进行处理。

尤其要把弯头背弧侧及水平段的正下侧的泥土、铁锈、铁丝等杂物除掉，可用钢丝刷进行打磨。

B.要确保奥氏体弯头检测部位外表面光滑，且没有影响检测结果的铁磁性杂物。

C.仪器开机时，必须预热5分钟左右。

D.根据所检测奥氏体钢管的管径及厚度，选择相应的探头。

E.不能直接检测温度超过60℃的管道，要等其温度缓冷至60℃以下时，再进行检测。

F.仪器预热后，扭动主机前面板上的调零旋钮，使显示屏显示“00.00”左右，受周围环境磁场强度，上下可浮动小数点后两位，然后仪器可以开始检测。

G.检测时，管道尽量远离强磁场，否则影响检测结果。

H.进行检测时，探头必须紧贴管道外壁进行滑动。

用手握住探头，
使其凹面朝上贴紧管道外表面，从所检查管道的一端均速平行滑动到另一端，同时注意观察主机显示屏上数值的变化。

若探头滑动到某处时，显示数值有较大变化，将探头紧贴管道外壁做圆周移动，记录下最大显示数值。

记录好数值后，继续按照上述方法对管道进行检测。

I.整理检测结果，把记录的仪器显示数值换算成实际的氧化皮质量（克数）。

例如：检测直径57mm,管壁厚4mm的管道时，仪器显示为1.91，实际的氧化皮克数为1克。

J.根据以往氧化皮割管清理后称重经验，当氧化皮检测仪显示对应数值大于20克时，仪器无法准确判断氧化皮含量，这时应对其进行射线拍片验证。

K.用X射线机垂直透照需射线验证的部位，通过底片影像，查看钢管内部氧化皮形成的轮廓，看其所占钢管内部空间比例，准确判断风险类别，为锅炉检修提供数据分析。