声发射技术在高压加热器泄漏监测中的应用

    高压加热器泄漏是火力发电厂经常发生的事故之一,它不仅影响机组的经济性,而且可能造成汽轮机水冲击,危害设备安全。由于汽轮发电机组的多个高压加热器和疏水冷却器及蒸汽冷却器由疏水管道等相互串联,因此在某一处发生泄漏时,其它地方的水位也会发生变化,很难及时准确地查出漏点。如何在高压加热器泄漏初期及时准确地找到泄漏部位,防止事故的扩大,减少劳动强度,提高效益以及更具有针对性和科学性,对高压加热器进行在线监测是唯一简便有效的途径。军粮城发电厂与东北电力学院诊断中心合作,应用声发射技术成功地对军电5号机高加进行实时在线监测,及时准确地确定出泄漏部位及泄漏时间,为检修提供了科学依据。

    1 声发射监测的原理

    1.1 声发射技术简介

    物质内部微粒发生相对运动(如位错、滑移等)时,以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射(简称AE),也称应力波发射。声发射是一种常见的物理现象,如果释放的应变能足够大,就产生可以听到的声音,如弯曲或折断固体材料时发出的劈啪声和液体流动时发出的哗啦声等。但大多数声发射信号的强度很弱,人耳不能直接听到,需要借助于灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器检测、分析声发射信号和利用声发射信号诊断故障的技术称为声发射技术。

    描述声发射信号特征的参数有振铃计数率、信号幅度及其分布、能量及其分布、频谱和波形等。用于监测高加泄漏的监测系统采用的就是频谱和能量特征参数。

    1.2 泄漏过程产生声发射信号的机理

    由于高加内的管束工作在高温高压的恶劣条件下,时间久了就会因疲劳、腐蚀等产生裂纹,那么在裂纹开裂之前的应力集中阶段,金属内部的晶粒就要发生重新排列及滑移,此即产生微弱声发射信号的原因。当应力集中到一定程度时,裂纹开裂并释放大量应变能,因此产生很大的声发射信号(大约在mV级)。此后,管内的高压流体由裂缝处向外喷射,形成高速射流,高速流体对壁面产生激励作用和摩擦,从而产生声发射波,此弹性波沿金属表面传播,并在遇到界面后发生反射和折射,最终传播到进出口水管的管壁上。根据此信号,我们就可判断是否产生泄漏及泄漏程度的大小。

    2 监测系统的组成

    2.1 系统硬件

    泄漏监测系统由三部分组成:声发射传感器、前置放大滤波器和信号处理仪(工控机、A /D板、FFT板等),如图1所示。

    其中,波导杆用来降温并传递信号至传感器,波导杆一端与高加进出口水管点焊在一起,另一端与传感器相连,当管子发生泄漏时, AE波通过管壁传到管板之后,再由波导杆传递到传感器,传感器为压电晶体或发电型传感器,当波信号作用于传感器时便产生电压信号,传感器的频率范围很宽,可以达到1MHz,改变传感器的尺寸与质量可以改变其频率。