МАГНИТНЫЙ ФЕРРИТОМЕТР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬНЫХ ТРУБ ИЗ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ОСТАНОВЛЕННОМ КОТЛЕ
MAGNETIC FERRITE METER FOR DETERMINING EQUIVALENT OPERATING TEMPERATURE OF OUTER SURFACE OF STEAM SUPERHEATING TUBES MADE FROM AUSTENITIC STEEL FOR SHUTDOWN BOILER

Изобретение относится к области теплотехнических измерений и, в частности, для оценки температурного режима работы пароперегревательных котельных труб из аустенитных сталей.
Пароперегреватели котлов тепловых электростанций (ТЭС) работают в условиях неравномерного распределения расхода теплоносителя, неоднородного поля скорости и температуры дымовых газов. Неравномерное распределение расхода может быть следствием конструктивной нетождественности змеевиков пароперегревателя. Эти факторы вызывают тепловую неравномерность и неравномерное разупрочнение металла. На пароперегревательный тракт приходится 60…70% повреждений поверхностей нагрева. Основная причина повреждений - тепловая неравномерность (разверка). Задача контроля пароперегревателей состоит в выявлении змеевиков с наихудшим температурным режимом и минимальным остаточным ресурсом. Ранее было установлено, что остаточный ресурс побывавших в эксплуатации котельных труб из ферритовых сталей можно оценить по степени их намагниченности с помощью магнитометров. Было установлено также, что такая оценка остаточного ресурса возможна и для пароперегревательных труб из немагнитных в исходном состоянии аустенитных сталей вследствие образования на них в процессе эксплуатации измененного поверхностного слоя с магнитными свойствами (см. Магнитный способ диагностики аустенитных труб поверхностей нагрева паровых котлов. / Богачев В.А. и др. // Электрические станции. №8. 1994, с.11-13). Однако амплитуда сигнала магнитометра в этом случае оказалась на уровне чувствительности этого прибора, и использование его для данных целей не получило дальнейшего развития.
Из уровня техники известен выбранный в качестве прототипа изобретения магнитный ферритометр, содержащий датчик и вторичный прибор (RU 2150121, G01R 33/12, 2000). Недостаток данного ферритометра заключается в том, что его показания не дают непосредственного представления о величине эквивалентной температуры эксплуатации наружной поверхности пароперегревательных труб из аустенитных сталей. Представление об указанной температуре с его помощью можно получить только путем последующего математического пересчета полученных данных о количественном содержании ферритовой фазы (СФФ) в немагнитном металле.
Достигаемым техническим результатом изобретения является упрощение получения с помощью ферритометра результата измерения эквивалентной температуры эксплуатации наружной поверхности пароперегревательных труб из аустенитных сталей при остановленном котле.
Указанный технический результат изобретения обеспечивается тем, что в магнитном ферритометре, содержащем датчик и вторичный прибор с преобразователем сигнала датчика в сигнал, пропорциональный СФФ, и дисплей для отражения выходной информации, согласно изобретению вторичный прибор дополнительно содержит преобразователь сигнала, пропорционального СФФ, в сигнал, пропорциональный температуре, эквивалентной температуре наружной поверхности пароперегревательной трубы из аустенитной стали при работе котла, и задатчики параметров преобразования сигнала, пропорционального СФФ, в сигнал, пропорциональный указанной температуре, осуществляемого в соответствии с математическим выражением
экв
где Т - эквивалентная температура, кельвины;
СФФ - содержание ферритной фазы, мас.%;
τ - время эксплуатации котла, ч;
3
А=60…2100 и В=64000…152000 - константы, зависящие от конкретной марки аустенитной стали; С=0,08…0,10 кг/м - средняя концентрация кислорода в газоходе котла в интервале рабочих температур; R=8,314 Дж/(моль·К) - универсальная газовая постоянная.
Осуществление изобретения
На чертеже изображена принципиальная схема магнитного ферритометра согласно изобретению.
Магнитный ферритометр содержит корпус с наконечником (на чертеже не показаны), а также установленные внутри корпуса датчик 1 и вторичный прибор 2 с преобразователем 3 сигнала датчика 1 в сигнал, пропорциональный СФФ, и дисплей 4 для отражения выходной информации (эквивалентной температуры в К). Вторичный прибор 2 содержит, кроме преобразователя 3, включенный с ним последовательно преобразователь 5 сигнала, пропорционального СФФ, в сигнал, пропорциональный температуре, эквивалентной температуре наружной поверхности пароперегревательной трубы из аустенитной стали при работе котла, и задатчики 6-9 соответственно времени τ эксплуатации котла, константы А, константы В и средней концентрации С кислорода в газоходе котла в интервале рабочих температур.
Работа магнитного ферритометра согласно изобретению осуществляется следующим образом. Предварительно задатчики 6-9 устанавливаются в положения, соответствующие заданным параметрам А, В, С. После этого подносят наконечник ферритометра (на чертеже не показан) к контролируемой трубе из аустенитной стали. При этом сигнал от датчика 1, пройдя последовательно преобразователи 3 и 5, выводится на дисплей 4 в виде прямой цифровой информации об эквивалентной эксплуатационной температуре поверхности контролируемой трубы.
Результаты проверки опытного образца ферритометра согласно изобретению приведены ниже в таблице.
Котел 1
Аустенитная сталь марки 12Х18Н12Т
№ трубы
τ, ч
СФФ, мас.%
<sub>Тг.раб</sub>, К (газов)
С, кг/м<sup>3</sup>
А
В
Т<sub>экв</sub>, К (металла)
12
26000
4,07
846
0,098
1758
132119
900
40
4,32
906
55
5,32
928
70
3,1
873
Котел 2
Аустенитная сталь марки 10Х13Г12ВС2Н2Д2 (ДИ59)
15
2600
3,5
973
0,084
69
74103
798
34
4,2
825
62
4,2
825
71
5,8
877
Как видно из таблицы, в первом котле температурная разверка пароперегревательных труб по данным измерений составляет приблизительно 4%, если не считать трубы №55, которая подлежит замене. Во втором котле температурная разверка находится на уровне приблизительно 10%. Данные контрольных измерений по показаниям термопар показали хорошую сходимость результатов (±1%).