超超臨界鍋爐水冷壁管道焊縫的射線檢測分析

陳 云，張麗娜，李曉東

（1.廣州聲華科技有限公司，廣東廣州510700；2.湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，湖南常德415100；3.廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東臺山529228）

超超臨界鍋爐水冷壁管道焊縫的射線檢測分析

陳 云1，張麗娜2，李曉東3

（1.廣州聲華科技有限公司，廣東廣州510700；2.湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，湖南常德415100；3.廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東臺山529228）

針對某電廠1000MW超超臨界機組鍋爐的水冷壁管道多處焊縫泄露現(xiàn)象，利用射線檢測方法，在合理選擇檢測工藝的基礎(chǔ)上，對管道焊縫進行了檢測。結(jié)果在管道焊縫處發(fā)現(xiàn)縱向裂紋，且裂紋沿壁厚是由管道內(nèi)壁向外壁擴展。所得結(jié)果為后續(xù)進一步優(yōu)化焊接工藝，制定焊后熱處理工序，防止管道焊縫再次產(chǎn)生裂紋，提供了實際依據(jù)。

超超臨界鍋爐；水冷壁；焊縫；射線檢測

當(dāng)前，超超臨界機組在國內(nèi)外均已批量投運，積累了良好的運行經(jīng)驗，已有一套完整而成熟的設(shè)計、制造技術(shù)。因此，技術(shù)成熟的大容量超臨界機組將是我國清潔煤發(fā)電技術(shù)的主要發(fā)展方向，也是解決電力短缺、能源利用率低和環(huán)境污染嚴(yán)重等問題的最現(xiàn)實和最有效的途徑，其經(jīng)濟和社會效益十分明顯[1-2]。

然而，當(dāng)前超超臨界機組在運行過程也存在一些問題。尤其鍋爐的水冷壁是故障的頻發(fā)部位。為此不少人對其進行了專門研究。溫順利等[3]報道了某電廠鍋爐水冷壁發(fā)生泄漏的情況，并對泄漏原因進行了分析，提出了應(yīng)對措施。姚煒等[4]針對某超超臨界鍋爐的水冷壁泄漏故障，通過對同類型鍋爐的調(diào)研和此次泄漏原因現(xiàn)場檢測及實驗分析，水冷壁管子在中間混合集箱入口區(qū)域產(chǎn)生熱疲勞，導(dǎo)致開裂，最終發(fā)生泄漏。蔡暉等[5]指出鰭片與管子在焊接過程中產(chǎn)生裂紋并擴展，其原因是鰭片硬度高、脆性大，而且存在原始缺陷。趙醒龍等[6]針對小直徑水冷壁管及較薄鰭片密封結(jié)構(gòu)，在安裝組對過程中極易產(chǎn)生嚴(yán)重變形缺陷，進行了細致分析，并提出了相應(yīng)控制措施。曹海兵等[7]，對某電廠一超超臨界鍋爐水冷壁爆管原因進行了調(diào)查分析，結(jié)果表明，爆管是由于水冷壁向火側(cè)局部嚴(yán)重超溫造成。

某電廠1000 MW超超臨界機組鍋爐為塔式結(jié)構(gòu)。鍋爐多次停爐后上水，均發(fā)現(xiàn)水冷壁有多處泄漏，漏點多達40多處，泄漏的位置多是標(biāo)高40~70 m之間螺旋水冷壁四角現(xiàn)場安裝焊口。本文在已有水冷壁泄漏故障研究報道的基礎(chǔ)上，針對該電廠1 000 MW超超臨界機組鍋爐水冷壁管道焊縫的開裂現(xiàn)象，利用射線檢測方法，對裂縫進行了檢測，得到了裂紋形貌，為后續(xù)進一步優(yōu)化焊接工藝，防止管道焊縫再次產(chǎn)生裂紋，提供了實際依據(jù)。

1 射線檢測技術(shù)

射線檢測是利用射線能夠穿透物體來發(fā)現(xiàn)物體內(nèi)部缺陷的一種檢測方法。射線能夠使膠片感光或者激發(fā)材料發(fā)出熒光。射線在穿透物體過程中按照一定的規(guī)律衰減，利用衰減程度與射線感光或者激發(fā)熒光的關(guān)系可檢查物體內(nèi)部的缺陷。與其他檢測方法相比，射線檢測具有的優(yōu)點是獨一無二的，它為檢測工作提供的報告記錄永久、準(zhǔn)確且通用性極強。由于該種檢測方法對被損工件在結(jié)構(gòu)表面方面沒有過多的要求，加上其普適性與靈敏度極高，實現(xiàn)了不連續(xù)性描述，經(jīng)過實踐積累與時間檢驗，成為一種能夠廣泛適用于各種材料、各種產(chǎn)品的體積型無損檢測方法。射線檢測的原理為，當(dāng)射線進入被檢物體內(nèi)時，其強度必然會減小，減小多少不僅與射線能量有關(guān)，還與被檢物體的體積、密度、性質(zhì)等有關(guān)，若被檢物體內(nèi)有缺陷，必然會影響到射線強度的減少。

2 水冷壁管道的射線檢測及分析

2.1 檢測工藝

由于射線照射方向與裂紋夾角問題，射線檢測對于裂紋類的面積型缺陷不具優(yōu)勢。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，裂紋檢出角不應(yīng)大于10°，為兼顧缺陷檢出率與檢測效率，只能采用焦距來彌補夾角問題。對于小徑管，為提高根部面積形成缺陷（裂紋）的檢出率及檢測效率，采用垂直透照成像方式。

壓力容器射線檢測的種類很多，其中易于穿透物質(zhì)的有X射線、γ射線、中子射線3種。其中X射線和γ射線廣泛用于鍋爐壓力容器焊縫和其他工業(yè)產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)材料的缺陷檢測，而中子射線僅用于一些特殊場合。對于射線源，本次檢測選用X射線源。

焦距則應(yīng)在裂紋檢出角給定范圍內(nèi)進行選擇。管排水冷壁，采用一次透照5道焊口的方式。根據(jù)圖1，可計算螺旋水冷壁水冷壁的一次透照長度。

圖1 管子中心間距計算示意圖

對于螺旋段有：

當(dāng)采用一次透照5道焊口時，一次透照長度為

裂紋檢出角不大于10°時，如圖2所示，焦距L0應(yīng)不小于：

本次射線檢測的焦距取為800 mm.

圖2 焦距計算示意圖

小徑管是一種典型的大厚度比試件。對小徑管環(huán)焊縫的檢測，經(jīng)常采用高電壓、短時間的曝光參數(shù)，這樣做可以減少厚度大的部位的散射比，降低邊蝕效應(yīng)，提高靈敏度，擴大一次透照檢出范圍。

2.2 結(jié)果分析

水冷壁管道某處焊縫的射線檢測結(jié)果如圖3所示。在焊縫處存在裂紋，且裂紋沿管道軸線方向，即為縱向裂紋。將該處焊縫切割，取其斷面進行分析，得到裂紋沿管道壁厚方向的形態(tài)，如圖4所示，顯然，裂紋沿壁厚的擴展方向是由內(nèi)壁往外壁開裂。

圖3 管道焊縫射線檢測照片

圖4 管道焊縫斷面照片

3 結(jié)束語

本文利用射線檢測技術(shù)，獲得了水冷壁管道焊縫的裂紋形貌，為后續(xù)制定消除裂紋的方法提供了實際依據(jù)，同時，也為今后水冷壁管道的焊接工藝優(yōu)化、制定焊后熱處理工序奠定了基礎(chǔ)，從而有利于進一步提高水冷壁管道焊縫的可靠性。

[1]徐通模，袁益超，陳干錦，等.超大容量超超臨界鍋爐的發(fā)展趨勢[J].動力工程學(xué)報，2003，23（3）：2363-2369.

[2]陳聽寬.超臨界與超超臨界鍋爐技術(shù)的發(fā)展與研究[J].世界科技研究與發(fā)展，2005，27（6）：42-48.

[3]溫順利，謝波，蔣向南.1000MW超超臨界鍋爐T23鋼水冷壁防泄漏探討[J].電力建設(shè)，2010，31（9）：82-86.

[4]姚煒，屈國民，趙興龍.超超臨界鍋爐水冷壁泄漏原因分析[J].湖南電力，2016，36（6）：76-78.

[5]蔡暉，劉鴻國，洪道文，等.超超臨界鍋爐水冷壁開裂原因分析[C]//中國電機工程學(xué)會清潔高效燃煤發(fā)電技術(shù)協(xié)作網(wǎng)2010年會，2010：59-62.

[6]趙醒龍，李越勝.超超臨界鍋爐水冷壁管屏焊接變形缺陷分析及工藝控制[J].機電工程技術(shù)，2008，37（9）：110-112.

[7]曹海兵，劉世剛.關(guān)于某鍋爐水冷壁管爆管的失效分析[J].裝備制造技術(shù)，2016（8）：208-210.

Analysis on Water-WallCracking of Ultra SupercriticalBoiler Based on RT

CHEN Yun1，ZHANG Li-na2，LIXiao-dong3
（1.Guangdong Guohua Yuedian Taishan Power Generation Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510700，China；2.Hunan Applied Technology University，Changde Hunan 415100，China；3.Guangdong Guohua Yuedian Taishan Power Generation Co.，Ltd.，Taishan Guangdong 529228，China）

In order to deal with the phenomenon of 1000mw ultra supercritical boiler water-wall pipe in weld leakage，this paper tested the pipe weld joint，using the RT based on the reasonable selection of testing process. The crack along the axis of the pipe is detected on the pipe weld joint，and growth along the tube wall from inner wall to externalwall.The result is used for welding process，and avoiding the crack.

ultra supercritical Boiler；water-wall；weld joint；RT

TK222.9

B

1672-545X（2017）04-0163-03

湖南省教育廳科學(xué)研究一般項目（16C1173、14C0767）

陳云(1989-)，男，湖南永州人，助理工程師，本科，主要從事電廠承壓設(shè)備的檢測及CAE分析與強度評定工作；張麗娜(1987-)，女，河南鶴壁人，碩士，助教，主要從事過程裝備仿真及優(yōu)化和節(jié)能與環(huán)保等研究。