一种起重机械金属结构腐蚀初期纹裂监控设备

广东省特种设备检测研究院汕头检测院 广东 汕头 515041

1 起重机械金属结构腐蚀产生裂纹的原因

起重机械金属结构经常出现的腐蚀性问题,主要原因是金属裸露在常温之下,由于大气当中的水分和其他氧化、污染物等长期对其进行化学、电解等作用而引起金属发生化学、物理的变化。它直接在金属的表面结构产生一层极薄的薄膜,这层薄膜一般是由水分直接产生或者由于大气温度的突然变化而生产的凝珠。这些薄膜中有溶于大气中的各种污染物,加速了设备的导电性而影响腐蚀的速度。

机械金属腐蚀的不断发生就让起重机械金属结构在化学和物理作用下,失去原有的韧性和弹性。随着环境的不断变化和设备作业时不断的承受压力,金属腐蚀和裂纹在不停的加深和作用,最终导致设备的严重损坏。

2 起重机械金属腐蚀监测技术

我国起重机械按照腐蚀的监控方法可以分为两大类:离线监控和在线监控。离线监控是指通过特定监控设备通过一定的循环周期对设备进行定期、重复的监测,从中获得其腐蚀情况。这种监测方式主要是为了控制设备在运行过程中的危险性和突发的机械事故,按照每次所获得的腐蚀数据进行分析,此种监测方法有:超声波监测法、漏磁监测法。在线监控是指在不影响设备运行的条件下,对设备的各种腐蚀情况进行连续、长期、定时的监测,这种监测一般是利用监测设备自动定时运行的。而一些大型金属起重机械的在线监测设备就是应对处于腐蚀环境当中,起重机械的钢结构的腐蚀方案研发和应对的。

3 起重机械金属腐蚀纹裂监控方案

针对起重机械金属腐蚀纹裂的监控方案已经发展了将近十几年了,当前已经逐渐形成了三种技术为主的监控方案:交流电磁场检测技术、电场特征检测法(FSM)、预置监测系统探头在线监测。笔者认为此三种方案的设备进行组合使用就可以获得较为合理的在线实时监控方法,下文针对三种方案进行分别阐述,并结合其检测的特点进行分析其针对起重机械的监控位置以及实时分析的方法。

3.1 交流电磁场检测技术 交流电磁场检测技术是一种新型的无损检测和诊断技术,用于检测金属构件表面和近表面的裂纹缺陷,可以测量裂纹的长度和计算裂纹深度,具有非接触测量、受工件表面影响小的特点。

交流电磁场检测技术的原理是:通过一个通交变电流的特殊线圈(激励线圈)靠近导体时,交变电流在周围的空间中产生交变磁场,被测工件(导体)表面的感应电流由于集肤效应聚集于工件的表面。当工件中无缺陷时,感应电流线彼此平行,工件表面由于匀强磁场存在;若工件中有缺陷存在,由于电阻率的变化,势必对电流分布产生影响,电流线在缺陷附近就会产生偏转,工件表面的磁场就会发生畸变。这个磁场的变化强弱,就能反映出裂纹的尺寸。

3.2 电场特征检测法(FSM)

FSM(Field Signature Method)技术是一种新型无损检测技术,这种方法主要用来检测各种形式的腐蚀,也可检测大多数的裂纹以及监控腐蚀和裂纹的扩展。其原理是将探针或电极在待测区布置成阵列,然后测量通过金属结构电场的微小变化,用测得的电压值与初始设定的测量值进行比较,依此来检测由于腐蚀等引起的金属损失、裂纹、凹坑或凹槽。

主要原理:电机控制电路采用脉冲宽度调制(PWM)对电机进行闭环控制,稳定电机转速。待转速稳定后,感应片上将产生幅值大小一定的感应电流信号,经过I-V变换电路、放大和带通滤波电路处理之后,输出为单一频率的正弦信号。相敏检波电路的作用就是鉴别被测电场的极性,将正弦信号转换为同一极性全波信号,最后经过低通滤波电路取出直流分量送入数据采集及处理系统,并将该值代入已标定的输出直流电压信号幅值与被测电场强度特性曲线中,解算出被测电场强度的大小,并实时加以显示,电源管理模块为整个系统提供电源。

3.3 预置监测系统探头在线监测 阴极保护技术作为控制海洋平台水下钢结构腐蚀的主要措施已被广泛采用,阴极保护监测系统则是阴极保护系统的重要组成部分。它通过不间断地自动巡回测量平台导管架不同部位的阴极保护系统主要运行参数,及时提供平台水下钢结构阴极保护状况的信息,节省检测费用,对确保平台结构的长期安全营运具有重要的意义,并为新平台阴极保护系统经济、可靠、合理、安全的设计提供科学依据。

3.4 三种技术方案组合的监控方案 在实际的起重机械管理使用过程中,对于起重机械金属腐蚀纹裂等状态是无法实时监控的,特别是一些大型起重机械设备,一旦停机检修有可能会让整个港口的设备运转停顿造成严重经济损失。因此实现在线实时监控与定时停机监控相互结合的方式,既能够保证设备的稳定运转,也可能提升起重设备的稳定性。

从上文所述的三种监控技术设备当中,交流电磁场检验技术属于停机检验方案,而电场特征检测法(FSM)与监测系统探头的技术方案,可以通过设备实时收集起重机械的腐蚀纹裂数据,形成一种在线实时监控的方案。首先通过电场特征检测技术和阴极保护监测系统的结合,将各种监控数据通过采集系统实时收集至集中数据库当中,根据数据的变动进行分析,提供设备在运行过程中出现的各种实时变化的数据,如裂纹增大、设备出现严重腐蚀等情况。这些关键数据的分析结果让专家能够更加方便的判断出整个设备存在的问题,并及时提出更换设备、停机检修等相应的解决方案。

结语

本文通过对起重机械的金属结构腐蚀、纹裂情况,结合了当前市面上流行的监控技术方案进行探讨,提出三种方案结合在一起,形成一种起重机械设备的监控设备的方案,使得起重设备能够在更复杂的环境当中发挥更大的作用。