無(wú)損檢測(cè)在高壓給水加熱器中的應(yīng)用

張恩斌，趙 超，陳世旺，陳宇慧

(1. 福州大學(xué)石油化工學(xué)院，福建 福州 350108；2.福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350001；3. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，河南 鄭州 450002)

無(wú)損檢測(cè)在高壓給水加熱器中的應(yīng)用

張恩斌1,2，趙 超1，陳世旺2，陳宇慧3

(1. 福州大學(xué)石油化工學(xué)院，福建 福州 350108；2.福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350001；3. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，河南 鄭州 450002)

高壓給水加熱器廣泛應(yīng)用于火力、核電發(fā)電等系統(tǒng)中，且是發(fā)電廠最高壓力下運(yùn)行的設(shè)備。由于受到多種載荷、介質(zhì)的耦合作用，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，容易萌生缺陷，這給電廠安全運(yùn)行帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。為了合理的檢測(cè)高壓給水加熱器含缺陷情況，保證電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此采用多種無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)高壓給水加熱器進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，探索方法的合理性。

高壓給水加熱器；無(wú)損檢測(cè)；裂紋缺陷

高壓給水加熱器是火電和核電廠回?zé)嵯到y(tǒng)中常見(jiàn)的重要壓力容器，位于給水泵與鍋爐之間，是一種汽-液換熱的管式換熱器。高壓給水加熱器是發(fā)電廠最高壓力下運(yùn)行的設(shè)備，在運(yùn)行中受到機(jī)組負(fù)荷突變，給水泵故障，旁路切換等引起的壓力和溫度的變化，這些都給高壓給水加熱器帶來(lái)一定的損害。目前，高壓給水加熱器成套產(chǎn)品制作技術(shù)已成熟，在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，一般不會(huì)出現(xiàn)較大的故障，但隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，會(huì)因載荷、介質(zhì)等各種因素的影響，萌生出新的缺陷[1-3]，在電廠鍋爐壓力容器定期檢驗(yàn)中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)高壓給水加熱器存在超標(biāo)缺陷，因此無(wú)損檢測(cè)的準(zhǔn)確性對(duì)電廠的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行具有重要意義。

本文采用外表面焊縫100%磁粉檢測(cè)外加對(duì)接焊縫100%直射法常規(guī)超聲檢測(cè)，然后對(duì)發(fā)現(xiàn)較嚴(yán)重的超標(biāo)缺陷進(jìn)行超聲數(shù)據(jù)分析，采用相控陣方法和時(shí)差衍射超聲TOFT技術(shù)分析缺陷的圖譜特征和自身高度，對(duì)產(chǎn)生表面裂紋的較嚴(yán)重焊縫進(jìn)行光譜分析、金相檢驗(yàn)和硬度測(cè)試。對(duì)產(chǎn)生裂紋進(jìn)行原因分析，全面排查問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的整改方案。

1 無(wú)損檢測(cè)

1.1 磁粉檢測(cè)

采用B310S儀器對(duì)高壓給水加熱器外筒體進(jìn)行磁粉檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)，在高壓加熱器管板與筒體連接的外表面圓弧過(guò)渡段焊縫附近發(fā)現(xiàn)14處磁痕顯示，最長(zhǎng)230mm，最深打磨2mm后仍有磁痕顯示。檢測(cè)焊縫部位如圖1所示，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 高壓給水加熱器簡(jiǎn)圖

注：①B1～B7、A1～A5為制造廠環(huán)焊縫編號(hào)，H0～H6及Z1～Z3為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)編號(hào)；②：手工焊(D，SMAW)、手氬焊(Ws，GTAW)、自動(dòng)焊(M，SAW)、電渣焊(ESW)。

1.2 超聲檢測(cè)

儀器采用HS610e，探頭為2.5Z10×10K1/K2，檢測(cè)靈敏度φ2×40-14dB。H1、H2焊縫缺陷示意圖如圖2所示。

(a) H1焊縫缺陷示意圖 (b)H2焊縫缺陷示意圖

注：筒體規(guī)格：Dn2000×90/78mm，坡口型式：U、V、Ⅱ型。

表2 超聲檢測(cè)結(jié)果評(píng)定表

經(jīng)超聲波檢測(cè)，H1焊縫發(fā)現(xiàn)16處Ⅲ級(jí)橫向缺陷，H2焊縫發(fā)現(xiàn)1處Ⅲ級(jí)縱向缺陷，1處Ⅰ級(jí)縱向缺陷，2處Ⅲ級(jí)橫向面狀缺陷，其余未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷。

1.3 相控陣檢測(cè)

儀器采用OMNISCAN MX，探頭型號(hào)5L64-A2，靈敏度Φ2×40。檢測(cè)部位如圖1中焊縫示意圖，H1和H2筒體環(huán)焊縫常規(guī)超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的橫向缺陷。

H1-UT(1-6)缺陷數(shù)據(jù)分析：深度(20.18-38.31)mm，共有4處顯示，缺陷方向橫向，在位置3+(360～605)mm中選取2處最大缺陷顯示見(jiàn)圖3。

圖3 典型缺陷數(shù)據(jù)

1.4 衍射時(shí)差法TOFT無(wú)損檢測(cè)

儀器型號(hào)：ISONIC-2006，直通波的波幅為滿屏高的40%～80%。

表3 TOFT檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)檢測(cè)的焊縫查出3處Ⅲ級(jí)橫向缺陷，如圖4所示。

圖4 TOFT無(wú)損檢測(cè)示意圖

圖5 取樣分析部位示意圖

2 金相檢驗(yàn)與分析

儀器型號(hào)XF-800S對(duì)試樣進(jìn)行機(jī)械拋光+4%硝酸酒精溶液進(jìn)行預(yù)處理，依據(jù)GB/T13299-1991《鋼的顯微組織評(píng)定方法》對(duì)主體材質(zhì)15CrMoR/20MnMo進(jìn)行金相分析。取樣部位如圖5所示。

(a)A點(diǎn) 500×顯微組織 (b)B點(diǎn) 500×顯微組織

圖6 金相照片

A點(diǎn)(15CrMoR)顯微組織為鐵素體+珠光體，未見(jiàn)異常變化。B點(diǎn)(20MnMo)顯微組織為回火索氏體，未見(jiàn)異常變化。對(duì)該臺(tái)高壓加熱器管板和第一筒節(jié)進(jìn)行微觀金相檢驗(yàn)，金相組織未見(jiàn)異常，管板組織為鐵素體+珠光體，筒節(jié)組織為回火索氏體。

3 缺陷性質(zhì)分析

本次高壓給水加熱器磁粉檢測(cè)，高壓給水加熱器在H1(B6)焊縫發(fā)現(xiàn)裂紋，經(jīng)金相檢驗(yàn)，其裂紋為沿晶和穿晶走向，見(jiàn)圖7，因此判斷該臺(tái)高壓給水加熱器的表面裂紋應(yīng)該屬于冷裂紋。根據(jù)高壓給水加熱器質(zhì)量證明書(shū)中的磁粉檢測(cè)報(bào)告，筒體焊縫在焊后、熱處理后均進(jìn)行了表面磁粉檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格，均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，而本次檢測(cè)是在使用三年后，由此判斷表面裂紋應(yīng)屬于冷裂紋中的延遲裂紋。但根據(jù)Z4(A4)焊縫上的橫向裂紋群，見(jiàn)圖8，其裂紋更像是冷裂紋中的淬硬脆化裂紋，由于裂紋細(xì)小，在制造時(shí)的磁粉檢測(cè)中可能未檢測(cè)出。本次檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)部超標(biāo)缺陷多為橫向面狀缺陷，高壓給水加熱器在H1(B6)、H2(B5)焊縫內(nèi)部發(fā)現(xiàn)埋藏超標(biāo)缺陷，根據(jù)制造單位的分析，可能是制造時(shí)就已產(chǎn)生，應(yīng)屬于淬硬脆化裂紋，但根據(jù)表面所發(fā)現(xiàn)的裂紋，也可能是延遲裂紋。

圖7 微觀金相裂紋

圖8 焊縫外表面橫向裂紋群

4 結(jié)論

經(jīng)對(duì)該臺(tái)高壓加熱器筒體外表面可檢焊縫100%磁粉檢測(cè)，在H1環(huán)焊縫管板側(cè)發(fā)現(xiàn)14處裂紋缺陷。對(duì)該臺(tái)高壓加熱器筒體對(duì)接焊縫可檢部位100%檢測(cè)，在H1焊縫發(fā)現(xiàn)16處橫向面狀缺陷；在H2焊縫發(fā)現(xiàn)1處Ⅲ級(jí)縱向缺陷，1處Ⅰ級(jí)縱向缺陷，2處橫向面狀缺陷。相控陣檢測(cè)對(duì)該臺(tái)高壓加熱器筒體H1、H2環(huán)縫超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)dB值較高的9處橫向缺陷進(jìn)行相控陣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與常規(guī)超聲檢測(cè)結(jié)果吻合，最大缺陷的自身高度20mm，最長(zhǎng)為15mm。TOFT檢測(cè) 經(jīng)對(duì)H1環(huán)縫超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)dB值較高的兩部位橫向缺陷進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得缺陷顯示，缺陷綜合自身高度與相控陣超聲檢測(cè)基本吻合。

高壓給水加熱器管板表面有多處細(xì)小缺陷及焊縫內(nèi)部存在個(gè)別缺陷，缺陷的產(chǎn)生可能是以下幾個(gè)方面造成：

(1)在設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中，存在生產(chǎn)工藝控制不夠嚴(yán)格，對(duì)筒身表面缺陷及焊縫表面打磨不夠徹底，導(dǎo)致在現(xiàn)場(chǎng)檢查過(guò)程中高壓給水加熱器筒身及焊縫熔合線處存在線性顯示；

(2)設(shè)備在工廠生產(chǎn)時(shí)，因設(shè)備較大，較重，產(chǎn)品與滾輪架等在生產(chǎn)過(guò)程中由于轉(zhuǎn)動(dòng)等因素，會(huì)產(chǎn)生壓痕等棱角較為明顯的線性缺陷；

(3)由于高壓給水加熱器壁厚較厚，每條焊縫會(huì)采用分層焊接，在每層焊接結(jié)束后，由于對(duì)表面藥皮清理不夠徹底，或者焊接時(shí)參數(shù)控制不當(dāng)，焊接過(guò)快等因素，造成焊縫內(nèi)部存在未融合，因此在現(xiàn)場(chǎng)探傷檢驗(yàn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生超標(biāo)缺陷；

(4)在焊接結(jié)束后會(huì)進(jìn)行整體熱處理以消除應(yīng)力，可能由于熱處理爐內(nèi)部極個(gè)別區(qū)域存在熱偏差，設(shè)備在熱處理后局部存在應(yīng)力未完全消除的情況，隨著運(yùn)行后應(yīng)力逐步釋放而在表面產(chǎn)生細(xì)小裂紋。

[1] 田景躍. 電廠高壓加熱器的檢測(cè)與修復(fù)[J].冶金動(dòng)力, 2004(5):52-53.

[2] 楊 瑞. 高壓加熱器泄漏原因分析及處理[J]. 發(fā)電設(shè)備, 2005, 19(4):245-247.

[3] 王 賓. 含缺陷電廠壓力容器應(yīng)力分析及安全評(píng)定[D]. 天津:天津大學(xué), 2007.

(本文文獻(xiàn)格式：張恩斌，趙 超，陳世旺，等.無(wú)損檢測(cè)在高壓給水加熱器中的應(yīng)用[J].山東化工，2016，45(24)：98-101.)

The Use of Nondestructive Testing in High Pressure Feed Water Heater

Zhang Enbin1,2,Zhao Chao1,Chen Shiwang2, Chen Yuhui3,

(1.School of Chemical Engineering , Fuzhou University, Fuzhou 350108,China;2.Fujian Special Equipment Inspection Institute,Fuzhou 350001,China;3.School of Energy and Power Engineering ,Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002,China)

High pressure feed water heater is widely used in firepower, nuclear power generation system, and it is running under the highest pressure. As the growth of the running time, under the coupling of load and medium the equipment easy to crack initiation, It brought great challenge to the safe operation of the power plant. In order to ensure the safely and economically operating of the power plant, reasonable testing the defects in high pressure feed water heater, a variety of NDT methods used. And the test results were analyzed, the rationality of the method were explored.

high pressure feed water heater; Non-destructive testing; crack defect

2016-10-31

張思斌(1980—)，福建漳平人，主要從事鍋爐壓力容器檢驗(yàn)設(shè)備工程的研究與檢驗(yàn)工作；通訊作者：陳宇慧(1986—)，女，黑龍江鶴崗人，講師，主要從事過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)研究。

TK39

A

1008-021X(2016)24-0098-04