带翅片焊接超声波导波杆在高温管道壁厚在线检测中的应用

　　1　前言

　　高温高压管道在过程工业中的应用十分广泛,而管道的腐蚀与磨损造成的管道壁厚减薄又使得生产过程存在相当大的危险性,由此造成的事故屡有发生。为此对高温高压管道壁厚进行在线监测具有重要意义。虽然目前存在高温超声波测厚技术,但一般需在管道保温层上开设保温盒[1],测量时打开保温盒,操作不便;同时因超声波探头需直接接触高温管道而必须使用昂贵的高温探头和高温耦合剂,而且测量时必须近距离接触高温高压管道,工作条件差且危险性高。如果将导波杆垂直地焊接在管道被监测部位,采用水冷或风冷的方式将导波杆的端部冷却下来,则可利用普通测厚仪进行壁厚测量[2],只要在导波杆端部设置探头固定装置,还可将信号引至控制室,实现远程在线测量[3]。

　　2　测厚原理

　　在需要进行管道壁厚监测的高温管道上,以全焊透的形式焊接与管道材料相同的导波杆。之所以采用全焊透结构,是为了消除焊接界面的超声波回波。壁厚测量基本原理如图1所示,导波杆长度l0已知,超声波测厚仪直接测得的厚度为L,那么被测管道的壁厚h为:

　　3　带翅片焊接导波杆用于高温管道壁厚测量的可行性研究

　　3.1　试件

　　设计了如图2所示的圆平板焊接导波杆试件进行试验研究。试件材料为0Cr18Ni9,焊接采用氩弧焊,焊丝牌号为H0Cr21Ni10,焊接采用小电流多道焊。铝质翅片利用铝管在导波杆上轧制成型。导波杆焊后外伸长度由深度尺(精度0. 02 mm)测得,导波杆外径及平板壁厚由游标卡尺(精度0. 02 mm)测得。试件尺寸见表1。

　　3.2　翅片冷却效果

　　设计如图3所示翅片风冷效果测试系统。圆平板试件放在电加热炉上进行加热,电加热炉供热量通过调节变压器调整。分别在圆平板表面、导波杆的保温层外、翅片下、翅片上及顶端安装热电偶进行温度测量,并利用温度巡检仪进行温度显示。试验表明,不加风源仅靠翅片的自然对流传热,冷却效果有限,当圆平板加热至400℃时,导波杆端部温度约150℃。因此,实际测量中应配置适当的冷却风源,试验中采用了普通电吹风,在距试件300 mm的位置上垂直于导波杆吹风冷却。

　　由表2的测量结果可见,借助辅助风源,冷却装置能够使导波杆顶端温度冷却至60℃以下,冷却效果较好。使用常规的测厚仪进行厚度测量,实验中采用德国KK公司制造的DM4E进行了测量,测厚仪读数LR列于表2。由表2可见,当圆平板温度增加时,超声波测厚仪的读数会有明显的改变,因此需做必要的修正。

　　3.3　试件温度对测厚的影响及修正