火電廠鍋爐聯箱安裝和運行階段典型缺陷分析

李樹軍，于 杰，王志永，邢國強

(河北省電力研究院，石家莊 050021)

通常將火電廠鍋爐內許多作用一致、平行排列的管子連在一起的筒形部件稱為聯箱或集箱。聯箱主要由筒體、封頭、長短管接頭焊接而成。由于聯箱的材料種類多、壁厚大，焊縫多，制造時孔加工、焊接、熱處理及無損檢測等工作量都相當大，制造質量容易出現問題；聯箱在系統中主要起匯集、混合、再分配工質的作用，運行工況惡劣，長期承受高溫、高壓及交變應力作用，尤其是高溫過熱器、減溫器聯箱極易出現裂紋等危害性缺陷。因此，安裝和運行階段聯箱的無損檢測顯的尤為重要。

1 安裝階段典型缺陷

1.1 聯箱對接焊縫表面裂紋

1.1.1 缺陷情況

某新建電廠2臺600 MW機組，在對筒體對接焊縫進行磁粉檢測時發現40余個聯箱的三通與筒體對接焊縫、筒體對接焊縫、封頭焊縫存在表面裂紋。聯箱材質分別為SA335-P12、SA106-C、SA335-P91。材質為SA335-P12、SA106-C的聯箱，其對接焊縫表面裂紋大多出現在焊縫熔合線處，主要為周圈斷續裂紋(如圖1所示)；材質為SA335-P91的聯箱，其對接焊縫表面裂紋大多出現在焊縫上，主要為細小裂紋(如圖2所示)。部分裂紋在打磨消除后，復檢時出現新的裂紋，表明裂紋具有延遲性，最終將所有聯箱全部返廠處理。

規格φ3 355.6 mm×66.68 mm，材質SA335-P12

規格φ609.6 mm×120 mm，材質SA335-P91

1.1.2 無損檢測要點

在對聯箱對接焊縫進行無損檢測時，必須增加焊縫表面磁粉檢測，否則上述缺陷無法及時發現，造成缺陷漏檢。磁粉檢測要點如下：

a. 采用交流電磁軛。由于聯箱多為厚壁部件，故宜采用交流電磁軛。當采用便攜式直流電磁軛檢測厚壁工件時，由于直流電滲入深度較大，對近表面缺陷檢測有利，但在同樣的磁通量時，滲入深度越大，磁通密度就越小，雖然提升力滿足標準要求，但工件表面檢測靈敏度卻達不到標準要求，因此對厚壁工件檢測時不宜采用便攜式直流電磁軛。同時ASME《鍋爐壓力容器規范》(2004版)第V卷也特別強調：“除了厚度小于6 mm的材料之外，在相等提升力的條件下，對表面缺陷的檢驗使用交流電磁軛優于直流電磁軛或永久磁軛”。

b. 使用反差增強劑。磁粉檢測對缺陷磁痕的識別與分析主要以肉眼觀察為主。對比度指某個顯示和圍繞這個顯示的表面背景之間的亮度和顏色之差，磁粉與工件表面的對比度越高，缺陷磁痕越易識別，檢測靈敏度越高，反之缺陷則易造成漏檢。因此建議磁粉檢測過程中使用反差增強劑，可有效提高對比度，進而顯著提高檢測靈敏度和缺陷檢出率。常規磁粉檢測的磁粉多為紅色或黑色，被檢工件表面多為灰褐色，磁粉與工件表面的對比度較低。文獻[1]中指出，紅色顯示與白色背景之間的對比度為6∶1，黑色顯示與白色背景之間的對比度為9∶1，因此磁粉檢測中白色反差增強劑配合黑色磁粉使用，可形成白色背景之上的黑色磁痕顯示，提高了對比度，進而提高檢測靈敏度和缺陷檢出率。圖2裂紋缺陷若不使用反差增強劑極易造成漏檢。

c. 把握檢測時機。除在制造過程中進行必要的磁粉檢測外，最終熱處理后也應增加一次磁粉檢測。同時，DL/T 869-2004《火力發電廠焊接技術規程》規定“對容易產生延遲裂紋和再熱裂紋的鋼材，焊接熱處理后必須進行無損檢驗”，JB/T 4730.4-2005《承壓設備無損檢測:第5部分 滲透檢測》規定“檢測時機對于緊固件和鍛件的磁粉檢測應安排在最終熱處理后進行”。由于制造廠檢測時機不對，在最終熱處理后未進行磁粉檢測，使大量缺陷無法在制造廠內及時發現，導致全部集箱返廠處理，延誤工期，造成較大經濟損失。

1.2 聯箱對接焊縫層間微裂紋

1.2.1 缺陷情況

某電廠2臺660 MW超臨界空冷機組3號鍋爐末級過熱器出口管道材質為SA335-P91，規格為φ426 mm×63 mm ，在對其對接焊縫進行常規超聲波檢測時發現29～35 mm深度范圍內周圈多處存在層間缺陷反射信號，按現有超聲波檢測標準多數缺陷未達到判廢標準。采用射線方法檢測缺陷不能有效檢出。最終使用TOFD方法對該焊縫進行了檢驗，結果發現該焊縫在深度28～35 mm范圍確實存在多處缺陷，缺陷的深度和長度得以精確直觀顯示。對該缺陷進行解剖，在缺陷解剖過程中經磁粉檢測，裂紋數量和長度等與TOFD檢測結果非常吻合。常規超聲波檢測在缺陷尺寸方面只能給出模糊的當量結果，而TOFD檢測則可以進行精確定量，優勢相當明顯。圖3、圖4為裂紋解剖過程中實物照片。

圖3 處理過程中磁粉檢測顯示部分裂紋

圖4 現場解剖處理過程裂紋照片

1.2.2 無損檢測要點

SA335-P91鋼為細晶粒鋼，裂紋多為縱向裂紋(沿焊縫方向)，且裂紋長度較短，沿壁厚方向尺寸較小，對于厚壁部件射線檢測該類型裂紋無法有效檢出，故推薦材質為SA335-P91的厚壁聯箱對接焊縫采用超聲波檢測方法進行檢驗，檢驗要點如下。

a. 缺陷波反射高度。常規超聲波探傷對裂紋等平面型缺陷敏感，但SA335-P91鋼焊縫裂紋較細小，其裂紋特殊形態決定了其反射信號波幅不一定超DAC曲線的判廢線，故探傷標準可參照DL/T 820-2002《管道焊接接頭超聲波檢驗技術規程》，但掃查靈敏度要相應提高，以保證缺陷能有效檢出，對于層間缺陷反射波幅在DAC曲線定量線附近及以上的反射信號要特別注意。

b. 缺陷波動態波形。在對層間缺陷檢測過程中，應根據其動態波形、波幅高度、所處位置、缺陷指示長度等，結合SA335-P91鋼的焊接性能綜合分析，防止缺陷漏檢，對于反射波動態波形具備裂紋特征的，可從嚴判傷。

c. TOFD檢測。因TOFD方法具有顯示直觀、測量精度高等優點，故在檢測過程中，如果條件允許時應增加TOPD檢測，以確定層間微裂紋缺陷是否存在，不推薦使用射線檢驗方法對缺陷進行復核。

2 運行階段典型缺陷

2.1 聯箱管座角焊縫裂紋

2.1.1 缺陷情況

某電廠4號鍋爐B級檢修過程中，對集汽聯箱對空排汽、反沖洗等4個管座角焊縫進行磁粉檢測，發現均存在整圈斷續裂紋。隨后對該聯箱所有管座角焊縫進行了100%檢測，結果發現20個管座角焊縫均存在不同程度的開裂。裂紋靠近聯箱側的熔合線處，沿周向分布。缺陷分布示意見圖5，部分缺陷照片見圖6。

圖5 集汽聯箱示意

圖6 部分缺陷實物照片

經宏觀檢測發現集汽聯箱產生位移，集箱支吊架多處變形、松動、失載，主蒸汽管系支吊架多處松動、失載。針對上述情況，決定擴大檢測范圍，對與之相聯的過熱器出口聯箱上所有管座角焊縫進行表面磁粉檢測，對14根導汽管彎頭進行超聲波檢測。結果發現過熱器出口聯箱上1管座角焊縫存在長約25 mm表面裂紋(打磨深度約15 mm后消除)。同時，對集汽聯箱筒體、角焊縫進行了金相、光譜、硬度檢查，合格。

2.1.2 無損檢測要點

該鍋爐累積運行超10萬h，經分析，聯箱支吊架松動、失載、變形造成整體產生位移，進而在管座角焊縫位置產生應力集中，同時，在運行過程中存在設備振動以及因機組啟停產生疲勞載荷，加速裂紋擴展，是管座角焊縫開裂的主要原因。在日常檢測過程不能只注重探傷檢測而忽視整個聯箱以及附屬部件或與其相連接部件的宏觀檢測，尤其應注意對支吊架、膨脹指示器等檢測。

2.1.3 金屬監督要點

加強對集箱膨脹系統及支吊架系統的日常檢查及維護，按照相關規程要求每年對鍋爐外檢工作一次，及時發現缺陷，防止支吊架失載或過載。同時，電廠應結合大、小修加強聯箱管座角焊縫的無損檢測工作，尤其運行超過10萬h的鍋爐，應加大磁粉檢測力度和超聲波測厚檢查，及時發現缺陷，避免由于檢測方法不當或者檢測不到位造成設備損壞。

2.2 聯箱筒體內壁裂紋

2.2.1 缺陷情況

某電廠3號鍋爐二級減溫器聯箱在A級檢修過程中，經內窺鏡檢查發現其內套筒破裂。對聯箱內壁進行超聲波檢測，發現聯箱下半周軸向900 mm范圍內均有較強缺陷反射信號。從缺陷波形特征及反射強度分析，并結合減溫器運行狀況及工作經驗，判斷其內壁存在嚴重龜裂，且部分裂紋具有一定長度及深度，部件示意圖見圖7，解剖后缺陷照片見圖8。

聯箱規格φ325 mm×42 mm，材質12Cr1MoV

圖8 二級減溫器聯箱內壁裂紋

2.2.2 無損檢測要點

在對聯箱筒體內壁進行檢測時，采用超聲波檢測，超聲波檢測結果準確與否(主要包括缺陷發射波定位、定量和定性)，主要取決于探傷靈敏度及判傷標準是否正確，以及探頭K值的選擇是否合適。由于聯箱內壁裂紋的超聲波檢測目前暫無標準可依，該集箱的檢測參照河北省電力研究院科研成果“爐外管彎頭裂紋超聲波探傷工藝導則”進行，主要采用對比試塊法和參考曲線法2種方式，結合缺陷動態波形進行檢驗判斷，效果良好。

2.2.3 金屬監督要點

對混合式減溫器聯箱的金屬監督，應嚴格按照《火力發電廠金屬技術監督規程》要求 “定期對內套管、噴頭和內壁進行內窺鏡檢查，必要時對聯箱筒體進行超聲波探傷”。尤其當發現內套管破損時，必須對聯箱筒體內壁進行超聲波檢測，同時應結合金相組織檢驗和超聲波測厚等其他檢測結果進行判斷。

3 結束語

由于火電廠鍋爐聯箱容易出現裂紋等危害性缺陷，因此對安裝和運行階段的典型缺陷進行分析總結，利用提出的方法對聯箱進行監督和檢驗，能夠很好的保證聯箱安全穩定可靠運行，對從事金屬監督和無損檢測人員來說具有較好的參考價值。

參考文獻：

[1] 胡學知.滲透檢測[M].2版.北京：中國勞動社會保障出版社，2007.