[实用新型]基于LIBS的锅炉受热面高温失效趋势快速分析装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及锅炉受热面高温失效趋势快速分析技术领域，具体涉及基于激光诱导击穿光谱（LIBS）的锅炉受热面高温失效趋势快速分析装置。

背景技术

在火力发电行业，金属材料的安全问题至关重要，尤其是被称为“四管”的水冷壁管、省煤器管、过热器管和再热器管是锅炉内部主要的受热面结构件，其安全性直接关系到整个电厂的安全。随着机组大容量、高参数的发展，受热面需要在更高的温度和压力条件下长期运行，同时由于调峰任务的要求，受热面需要承受更频繁的交变热应力作用。在这类工况条件下的长期运行会导致材料的组织和特性指标发生变化，逐渐发生老化和损伤，产生裂纹和内伤。一旦失效，轻则意外停炉，重则造成人员伤亡。由于缺乏快速有效的监测技术，现役电厂往往通过降低机组运行参数，未到期更换受热面管等措施，通过牺牲经济性来降低受热面爆管事故发生率。所以预测受热面材料的高温失效趋势，在停炉检修时快速准确地判断受热面的使用状态，可以减少机组的非计划停机，提高机组可用率。

目前国内外对高温金属部件的状态检测主要是在停炉检修时进行，利用具有破坏性的割管检测和无损检测等技术。割管检测主要是检查化学成分、金相组织及损伤老化评定、常温和高温短时力学性能试验、碳化物相成分与相结构分析、异种钢焊接接头的试验等。通过割管检测可以得到该管段较详细的状态信息，但这样会对管段造成破坏，而且有限管段的状态信息不能完全代表其他管段的使用状态。

现代无损检测技术是在不损伤被测物体的结构性能和使用性能的基础上，利用声、光、电、热、磁和射线等与物质相互作用的特点，对重要零部件进行检测和测量，探测材料和设备构件的已有缺陷，判断其位置、大小、形状和种类，并对材料性能进行评价。目前采用的无损检测监测技术主要有射线检测、交流电位降法检测、电磁感应涡流检测、磁检测、渗透检测、超声和红外检测等，以对高温受热面已有的缺陷进行检测。对于高温受热面，当缺陷出现时，就存在巨大的安全隐患。如果在停炉检修期间，能在受热面出现缺陷前预测其失效的趋势，则可以针对性的重点监督存在安全隐患的受热面管道，存在明显失效趋势的可以提前更换部件，避免出现重大的安全事故。因此，本实用新型提出了一种基于LIBS技术的锅炉受热面高温失效趋势快速分析装置，在停炉检修期间不需割管即可快速判断受热面管道的失效趋势。

实用新型内容

本实用新型针对传统的锅炉受热面高温失效分析需要割管，而无损检测只能探测已有缺陷的实际情况，提出了一种基于LIBS的受热面高温失效趋势的快速分析装置。利用激光等离子体光谱受被测对象特性变化敏感以及聚焦激光具备的高空间分辨率特征，在停炉检修期间，基于宏观检查的基础上使用便携式的LIBS快速失效分析仪对重点区域受热面管道进行检测，快速判断材料的使用状态，并预测其失效的趋势。本实用新型的具体技术方案如下。

基于LIBS的锅炉受热面高温失效趋势快速分析装置，其包括电源模块、脉冲激光光源模块、光谱探测模块、分析模块和光学组件，所述电源模块分别与脉冲激光光源模块、光谱探测模块和分析模块连接，分析模块与光谱探测模块连接，光谱探测模块还与脉冲激光光源模块连接，所述光学组件用于将脉冲激光光源模块产生的激光汇聚至待检测的管道上，光学组件还用于将所述等离子体膨胀冷却过程中发射的光谱传送至光谱探测模块，光谱探测模块提取表征受热面管道物理和化学特性的光谱特征指标，所述分析模块利用激光等离子体光谱特征指标与材料组织和力学性能指标之间的关联性，得到被测管道的组织状态和力学性能指标。

进一步的，所述激光光源模块包括脉冲激光器。

进一步的，所述光谱探测模块由平面光栅和CCD组成。

进一步的，所述分析模块则包括了基本的控制器和数据采集与处理部件。

上述基于LIBS的锅炉受热面高温失效趋势快速分析装置的分析方法具体是：锅炉停炉检修期间，脉冲激光光源发出的激光聚焦于待检测的受热面管道表面，使检测的金属材料被烧蚀气化并形成等离子体，采集等离子体膨胀冷却过程中发射的光谱信息，提取表征受热面管道物理和化学特性的光谱特征指标，利用激光等离子体光谱特征指标与材料组织和力学性能指标之间的关联性，得到被测管道的组织状态和力学性能指标，从而预测被检测管道的失效趋势。重复进行上述操作可以对不同的管道部位进行失效趋势的快速判断。

所述等离子体光谱特性指标包括受热面组成元素的特征谱线强度和强度比、等离子体温度和电子密度。所述受热面管道材料的组织和力学性能指标包括组织状态以及硬度和强度指标。所述组织状态包括珠光体球化、碳化物相结构类型转变、马氏体相变。