超臨界鍋爐現場檢驗技術研究

趙賀

摘 要：超臨界鍋爐具有低煤耗、高效率以及低排放等優點迅速成為了世界各國火力發電站建設中的首選之一。本文簡要介紹了超臨界鍋爐的結構和材質特點，并且對各項現場檢測技術在超臨界鍋爐中的具體應用進行了十分詳細的說明。

關鍵詞：超臨界鍋爐；檢驗技術；研究

1 引言

超臨界鍋爐是我國“863計劃”的重點攻關項目，它憑借低煤耗、高效率以及低排放等優點迅速成為了世界各國火力發電站建設中的首選之一。2004年中國東方電氣集團率先開發生產出第一臺600MW的超臨界鍋爐，成功填補了我國超臨界鍋爐的空白，同時也讓我國躋身于世界超臨界鍋爐技術研究的前沿[1]。

2 超臨界鍋爐常用的現場檢驗技術

超臨界鍋爐的現場建設是一個十分龐大的項目，涉及到大量金屬管道的銜接安裝，需要進行龐大的焊接作業，因此管道焊縫、固體焊渣殘余和金屬表面缺失等問題時有發生，為了檢驗鍋爐管道的焊接質量、提高鍋爐運行的安全穩定，在鍋爐投產運行之前必須對所有的焊接管道進行現場檢測，目前多數采用以下四種方法進行檢驗：

2.1 聯箱內窺鏡檢測技術

在超臨界鍋爐的現場安裝焊接過程中，為了減少焊渣、焊條以及其他固體物質在管道中的殘留，許多廠家會嚴格要求焊接人員嚴格進行管道封閉作業。然而在實際操作過程中，由于超臨界鍋爐管道的焊接口眾多，許多作業人員難免疏忽大意，將焊渣、焊條以及其他固體雜物遺留與管道之中，這些固體殘渣難以通過水洗、氣吹等方式排出管外，值得注意的是，這些固渣一旦進入到聯箱節流孔處，特別容易將節流孔堵死，使得管道流體無法通過節流孔，造成管道憋壓，甚至引發爆管。因此在超臨界鍋爐的安裝配管過程中，一定要全面系統地檢測清理管內金屬殘渣，從而保證鍋爐機組的正常運行。聯箱內窺鏡是專門針對超臨界鍋爐聯箱易堵塞這一問題而發明的檢測技術，它是主要有強光源、高清鏡頭、線纜以及顯示器等部件組成，利用高清圖片傳感技術，在強光源的照射條件下通過視頻圖片采集鏡頭來捕捉呈現管道內部的實體景象，從而檢測管道內部的實體情況，為清理固體殘渣的具體位置和數量指明了確切的方向。

2.2 超聲波檢測技術

超聲波檢測技術是目前管道焊接、設備銜接過程中應用最廣泛、使用頻率最高的檢測技術之一，具有高效、無損以及精確定位等等檢測優點。超聲波檢測技術首先利用發射探頭以一定角度將超聲波射入工件表面，超聲波自然會在工件表面產生反射波和折射波，然后再用接收探頭對其進行收集，最后顯示與示波屏上，根據不同入射角度下的反射波和折射波的強度來來獲取被檢表面缺陷的位置和大小。超臨界鍋爐通常選用含有10%Cr的鐵素鋼作為蒸汽管道材質，其物理聲學性質與普通碳素鋼有著較大差異，以超聲橫波探傷為例，由折射定律：

（1）

式中T為超聲波入射角，CL超聲波縱波聲速，U1為碳素鋼橫波折射角，U2為10%Cr鐵素鋼橫波折射角，Cs1和Cs2分別不同材質下的橫波聲速。顯然按照標準碳素鋼塊的探頭和儀器作用于超臨界鍋爐時其橫波折射角發生了明顯偏差，極有可能使得示波器上產生誤判，因此在超臨界鍋爐現場應用超聲波檢測技術時，應當以現場主管材質的標準工件進行儀器的調整校正。

2.3 射線探傷檢測技術

射線探傷檢測技術利用X或γ射線穿透待檢工件，如果工件內部存在缺陷，那么射線被工件不同部位的吸收程度以及自身衰減程度也存在著一定差異，然后再將吸收之后的射線投到膠片之上[2]，經過顯影處理后即可清楚地看到工件具體的缺陷位置，如圖1所示。超臨界鍋爐結構復雜，蒸汽管道排列密集，管壁厚度較大，超聲波探傷技術存在著工作盲區，因此利用高能量的射線對管道焊接口進行檢測是超臨界鍋爐現場檢測的重要手段之一，它可以清晰完整地展示管道設備連接處的微觀圖形，從而讓我們更加直接地檢測管道焊接質量。

2.4 TOFD檢測技術在600MW超臨界鍋爐中的具體應用

TOFD是一種超臨界鍋爐檢測過程中的新型技術，當縱波經過缺陷端點時會產生端點衍射波，而后利用一發一收的探頭來接收衍射波，并根據時差來判斷檢測出缺陷的具體位置。圖2為TOFD檢測技術的原理示意圖，由于缺陷本身存在一定的高度d，則超聲縱波在上端點的衍射波達到接收探頭的時間t1和超聲縱波在下端點產生的衍射波到達接收探頭的時間t2之間存在著明顯的時間差，從而根據式（2）來確定缺陷距離工件表面的距離。

（2）式中d為缺陷上端到表面的距離，C為縱波波速，t為超聲縱波到達尖端返回接收探頭的時間，t0為超聲波在工件表面的運行時間，S是兩探頭之間的距離。顯然缺陷自身的高度h=d2-d1，運用TOFD檢測技術可以檢測出高度僅為1mm的缺陷，極大地提高了工件表面缺陷檢測的精密度。

3 結語

總而言之，超臨界鍋爐現場檢驗是一項復雜繁瑣的工作，涉及到大量的設備管道以及種類多樣的材料特性，在進行現場檢驗的過程中一定要根據其材料性質和管道構造來選用合適的檢測方法，從而確保管道鍋爐的焊接質量。

參考文獻：

[1]胡武奇.600MW超臨界鍋爐給水控制系統研究及應用[D].上海交通大學，2012（05）.

[2]龍毅，焦慶豐，單鴻.600MW超臨界機組鍋爐檢驗技術及工程應用探討[J].湖南電力，2010（06）.endprint