電站鍋爐熱管失效診斷方法探討

佟得吉

（中國特種設備檢測研究院，北京 100029）

鍋爐效能無法發揮的主要原因是受熱面的損壞，其常見失效類型包括受熱面本體材質存在缺陷；鍋爐運作的過程中因為長時間受到高溫以及高壓的作用力，而且鍋爐原先的設計就存在一些缺陷以及熱管受熱面的硬度和強度都明顯較弱等。電站鍋爐對于承壓類特種設備來說，其維護重任是不容忽視的，一旦電站鍋爐熱管出現失效，將造成整個系統陷入癱瘓，因此提高警惕，定期并且及時地進行檢查是必要的。

1 電站鍋爐熱管受熱面失效

1.1 事故概況

某電站鍋爐型號為XD-220/9.8-Qg，額定蒸發量為220t/h，額定出口壓力為9.8MPa，額定出口溫度為540℃，燃燒方式為室燃（高爐煤氣、四角切圓）。從2015年的8月開始運行不到一年的時間，就在2016年的6月18日～19日進行了全面的安全檢查。四天后實施停爐冷卻，冷卻完畢就開始實施全方位的安全損壞檢測，一共檢查到了四處不符合要求。

1.2 失效診斷

（1）宏觀檢查。停爐冷卻后先是對電站鍋爐熱管的全面檢查，主要是汽包、主蒸汽管道以及各受熱面及對應集箱部分。

（2）前期準備。在檢查的前期，需要對電站鍋爐熱管汽包內表面縱、環焊縫進行拋光處理，還有就是主蒸汽管道以及各個集箱比較重要的地方和銜接處打磨拋光處理。之后再根據實際的情況選擇合適的檢測手段，對各項檢查輔助設備進行數據的校準，以確保后期的檢測結果失真率降低。

（3）無損檢測。分別用磁粉檢測、滲透檢測兩種方法對打磨拋光部位按照一定的比例進行無損檢測，一共發現了4 處較為明顯的損壞，并做好了詳細的損壞記錄。

2 結果及分析

2.1 結果

（1）汽包管座角焊縫經過滲透檢測發現裂紋1 處，該裂紋的長度大約是在50mm 如圖1 所示。通過裂紋損壞的專業分析，可以發現是該地方由于經常性的受到同一種力量的碰撞而導致的開裂現象，稱為疲勞裂紋。

（2）汽包省煤器再循環管孔經過滲透檢測發現裂紋的長度雖然不大，但是數量較多，平均的長度大概是在10mm 如圖2 所示。通過損壞原因的分析，也確定了此處的裂紋是疲勞裂紋所導致。

（3）水冷壁集箱封頭焊縫通過磁粉檢測發現了較為密集而且長度大約在6.9mm 左右的裂紋1 處，如圖3 所示。通過專業化的評估，可以確定此處的裂紋是最開始進行焊接的過程留下的“后遺癥”，因為焊接導致了物體內部的原子結合被破壞，發生了重組現象，也就形成了這種密集的裂紋。

（4）圖4 為主蒸汽管道經磁粉檢測發現一處大約20mm的裂紋。通過損壞評估，確定這個裂紋同樣是受到長期持續的同種作用力而形成的，歸類為疲勞裂紋。

圖1 汽包管座角焊縫

圖2 汽包省煤器再循環管孔裂紋

圖3 水冷壁集箱封頭焊縫裂紋

圖4 主蒸汽管道裂紋

2.2 失效分析

（1）通過磁粉檢測方法，發現裂縫的數量比較多，而且長度集中在8mm 左右。通過裂紋原因的評估，發現這類損壞是屬于延遲裂紋的范疇。何謂延遲裂紋，主要就是焊接的地方會在冷卻后一段時間發生形變，進而產生裂縫。延遲裂紋是冷裂紋的一種常見缺陷，這種缺陷產生的主要原因是塑性儲備、應力狀態以及焊縫金屬內的氫元素與其他物質發生了化學反應，形成了焊接處的縫隙。正常情況下，焊接后的短時間內不會出現裂縫，主要是冷卻后的數小時或是數天后才會形成裂紋。這種裂紋需要及時地發現并且處理，不然其快速擴散的特點容易造成更為嚴重的問題，所以發現之后需要加急處理，即便是第一次處理沒有全面，后期還是要做一定的返修處理。

（2）通過TOFD 檢測方法查出了8 個地方存在嚴重的安全隱患如圖5 所示，為了進一步評估這種裂紋的性質，又使用了X 射線對這幾處地方進行對比如圖6 所示，通過對比發現了有一處裂紋比較嚴重，屬于未熔合的缺陷，未熔合，顧名思義就是焊接的過程中，焊道金屬與本體金屬沒有完全貼合在一起。這種缺陷是非常嚴重的問題，試想一下，當壓力容器運作時，容器內部會承受極強的壓力，如果焊接處不融合，那么就會導致爆炸等及其危險的事故發生。

圖6 射線檢測缺陷圖

2.3 預防措施

（1）造成延遲裂紋的原因有很多，其中鋼種淬硬傾向是主要原因，造成這種缺陷的概率也就更大；因為物質中的氫元素是有一定延遲效果的，由于氫元素的綜合反應導致的延遲裂紋，被叫作是氫致裂紋，也稱氫誘發裂紋。為了根除這種缺陷，就需要做好提前的防范工作，可以采取以下幾種措施，首先是焊接方法的選擇，可以選用低氫焊接材料、低氫焊接，另外，就是對氫元素的來源加強調控，烘干焊條消理焊件焊絲能夠確保氫元素的來源是可控的。控制氫元素的來源是預防措施的一種，其次就是依靠合金元素來提高材料的塑性，進而預防裂紋的產生。當然選擇合適的焊條，比如奧氏體組織焊條就能很好地防止延遲裂紋的出現。

（2）未熔合屬于面積性的缺陷，這種缺陷的危害會導致受壓面積減小，面積減小后，壓力會更加集中，一旦裂縫的承受能力不強，就容易爆炸。這種缺陷的原因更多的是由于焊接的部位存在雜質，焊接絲的電壓電流都不符合標準：焊接工作人員為了提高效率就私自加強電流等。預防這種問題的措施首先是必須嚴格的按照選材標準去篩選，確保焊接位置的清潔，然后采用更高的電流電壓加以標準化的焊接，才能保證該缺陷的根除。

3 結語

電站鍋爐熱管裂紋是主要的缺陷，一般是發生在焊接冷卻的過程中，由于受到應力的作用發生形變，還有可能是在日常使用的時候，頻繁地受到一種作用力的碰撞而導致缺陷，這類缺陷的出現概率最高，維護不當也會發生巨大的事故，因此危險性也最強。另外，電站鍋爐熱管未焊透缺陷主要是焊接的過程中，金屬和材料沒能完全的貼合，中間存在一定的縫隙，這種缺陷危險性也很高，爆炸事故多數是這種缺陷引起的。未熔合，指熔焊時焊道與母材之間或焊道與焊道之間，因熔化不完全而斷開的部分。

綜上所述，通過失效診斷，能夠幫助維護人員更好地了解電站鍋爐熱管運行情況，并且通過相關檢測手段，以及記錄的數據情況，做出綜合性的分析，明確熱管裂縫產生的原因，并提出相應的解決對策。