660 MW超超臨界機組高溫再熱器的射線檢測

許云偉，鐘　鵬，張春有

(中國能源建設(shè)集團浙江火電建設(shè)有限公司，杭州 310015)

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660 MW超超臨界機組高溫再熱器的射線檢測

許云偉，鐘鵬，張春有

(中國能源建設(shè)集團浙江火電建設(shè)有限公司，杭州 310015)

火力發(fā)電廠660 MW超超臨界機組運行中，對高溫再熱器的焊接質(zhì)量要求較高，且作業(yè)環(huán)境困難，檢測要求嚴格。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，合理選擇射線源和透照位置，通過對比檢測試驗確定了焦距和曝光參數(shù)，設(shè)計制定了最佳透照工藝。結(jié)果表明，該工藝既滿足了質(zhì)量要求，同時也兼顧了檢測效率。

超超臨界;高溫再熱器;射線檢測;Se75

近年來，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，超超臨界機組[1]進入了大規(guī)模建設(shè)階段，這就對電廠的運行安全提出了全新的要求，對機組安裝質(zhì)量的控制也就顯得至關(guān)重要。而超超臨界機組高溫再熱器爆管事故常有發(fā)生,為了避免此類事故的重復(fù)發(fā)生，有必要加強對超超臨界機組高溫再熱器的無損檢測，使其焊縫質(zhì)量滿足標準要求，提高安裝質(zhì)量，確保電廠的運行安全。

筆者以某660 MW超超臨界機組的檢測為例，通過對比試驗制定了射線檢測工藝，滿足了檢測要求，為機組順利建設(shè)提供了質(zhì)量保證。

1　高溫再熱器的結(jié)構(gòu)與檢測要求

高溫再熱器布置在凝渣管后部水平煙道內(nèi)，共有96片,管屏間間距228.6 mm。高溫再熱器進口管排管子規(guī)格(直徑×壁厚)為φ50.8 mm×3.5 mm，材料為SA-213T23鋼,運行溫度在340 ℃左右。高溫再熱器出口管排管子規(guī)格(直徑×壁厚)為φ50.8 mm×4.5 mm，材料為SA-213T91鋼,運行溫度在603 ℃左右，管排分布示意如圖1所示(圖中s表示透照源，下同)。

圖1　管排分布示意

根據(jù)DL/T 869-2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》標準要求，超超臨界機組必須對設(shè)備進行100%無損檢測，射線檢測比例不低于50%。而高溫再熱器設(shè)備管子都為小口徑薄壁管，不便使用UT或其他無損方法進行檢測。根據(jù)業(yè)主要求，確認對高溫再熱器進行100%射線檢測。

高溫再熱器一般在水壓試驗前安裝，存在時間緊迫、空間狹小和安裝難度大的問題，給無損檢測工作帶來了新的考驗。因此，首先需要制定合理的檢測工藝，來滿足安裝檢測要求。

2　檢測方法的選擇

目前,電廠安裝中的射線檢測主要有X射線檢測和γ源射線檢測。X射線檢測時，可根據(jù)工件的不同選擇不同的能量。γ源有Se75和Ir192兩種，可根據(jù)能量、工件厚度及照相底片的靈敏度清晰度來選擇不同的源。

根據(jù)DL/T 821-2002 《鋼制承壓管道對接焊接接頭射線檢驗技術(shù)規(guī)范》標準，對外徑不大于76 mm的管子焊縫，采用雙壁雙投影透照法時，允許一次透照并應(yīng)選擇較高電壓，管子內(nèi)壁輪廓應(yīng)清晰地顯現(xiàn)在底片上。對此規(guī)格管子采用雙壁雙影透照時，透照厚度為：

(1)

式中：TA為透照厚度；D為外徑；T為公稱厚度。

以下就這幾種射線檢測方法在高溫再熱器中的檢測應(yīng)用進行探討。

2.1X射線

采用X射線檢測法，可根據(jù)不同的透照厚度選擇不同的能量，具有一定的靈活性。但是其檢測儀體積較大，且需要電源，無法在高溫再熱器設(shè)備中全面透照，因此不考慮此方法。

2.2Ir192源

Ir192源可透照的鋼厚度在20～80 mm間。根據(jù)式(1)計算，兩種規(guī)格雙壁雙影的透照厚度TA分別為13.8，16.0 mm,均小于20 mm，因此Ir192源滿足不了透照靈敏度的要求。

2.3Se75源

Se75源射線能量較低，適宜透照較薄的工件，所拍底片的質(zhì)量也較好，可透照的鋼厚度在10～40 mm間，高溫再熱器出口透照厚度在其靈敏度范圍內(nèi)。如果合理地選擇透照工藝，射線照相底片質(zhì)量能符合驗收要求。

根據(jù)分析和對比選擇，確定選擇Se75源對超超臨界高溫再熱器焊縫進行檢測。

3　工藝制定

由于高溫再熱器出口管排選用T91鋼，而T91鋼在焊接過程及其后進行的熱處理中均可能出現(xiàn)裂紋，筆者選擇出口管排中最難檢測的中間管排，對其進行工藝設(shè)計，以滿足質(zhì)量驗收標準。

3.1透照角度的選擇

使用雙壁雙影透照工藝時，為了能有效檢測出根部裂紋、未熔合以及未焊透等缺陷，橢圓開口越小越好，但考慮到還要檢測其他缺陷并進行缺陷定位，特定橢圓開口最大處為5 mm。另通過現(xiàn)場測量，此種規(guī)格的管子焊縫寬度約為8 mm，透照示意如圖2所示。根據(jù)計算，透照角度θ=arctan-1(13/51)=17°。

圖2　雙壁雙影透照工藝示意

3.2透照焦距的選擇

選用Se75源，焦點尺寸3 mm×3 mm，γ射源強度A為60 Ci 。根據(jù)DL/T 869-2012驗收標準，最小透照距離為：

(2)

(3)

式中：L1為射線源至工件表面的距離；df為焦點尺寸；L2為工件表面至膠片的距離；Δt為余高，一般取2 mm。

圖3　有效透照焦距示意

根據(jù)透照源的直線輻照原理，可在如圖3所示的陰影區(qū)域中放置源。但在安裝過程中，要盡可能做到一次能拍兩條焊縫，以提高工作效率。按照以上要求，源要放置在軸線上，直線距離386 mm≤f(射線源至工件的距離)≤621 mm，通過透照角度換算402 mm≤F(焦距)≤650 mm。而標準規(guī)定L1≥433 mm，最小焦距Fmin=484 mm。根據(jù)透射性質(zhì)和標準要求，484 mm≤F≤650 mm。

3.3散射線屏蔽

由于管排排列緊密而間距小，故要考慮透照過程中其他管子散射線對底片質(zhì)量的影響。Se75的平均能量為0.206 MeV[2]，射線與物質(zhì)的作用會發(fā)生康普頓散射。因此自行設(shè)計了一鉛板屏蔽裝置，以求最大程度地降低散射線對射線照相質(zhì)量的影響。鉛板曝光屏蔽裝置的結(jié)構(gòu)示意如圖4所示。

圖4　曝光屏蔽裝置結(jié)構(gòu)示意

在現(xiàn)場檢測作業(yè)時，放置兩個相同的曝光屏蔽裝置，使裝置透照焦點處重疊。在焦點放置處放置曝光源，兩個曝光裝置分別放入管排中進行檢測。

通過以上計算和設(shè)計，現(xiàn)場操作時，只要放置好曝光屏蔽裝置，無需檢測人員在狹小的空間進行焦距的測量，就可以快速拍攝出高質(zhì)量的射線底片，達到驗收要求。

4　試驗內(nèi)容

根據(jù)高溫再熱器的特殊性和透照源的特性,確定選用AGFA C 7膠片，曝光系數(shù)E=2.5。在工作中研究了不同焦距(500,550,600 mm)、 不同曝光時間、放置曝光屏蔽與否以及不同鉛箔增感屏[0.05 mm/0.16 mm(A)、0.10 mm/0.16 mm(B)和0.16 mm/0.16 mm(C)]對底片質(zhì)量的影響。結(jié)果如表1所示，底片質(zhì)量均滿足黑度D要求。

從試驗結(jié)果中的底片質(zhì)量來看，有無曝光屏蔽裝置對底片質(zhì)量的影響很大。從底片上缺陷影像的輪廓和細節(jié)方面進行比較，發(fā)現(xiàn)沒有放置曝光屏蔽裝置的底片較模糊，缺陷的清晰度不夠。這是因為，大量散射線的存在引起了射線底片對比度的變化，而屏蔽裝置能起到降低散射的作用。隨著透照焦距的增大，降低了底片的幾何不清晰度，提高了底片的質(zhì)量。

表1　不同透照條件下的底片質(zhì)量

透照焦距F的變化，對底片的質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響。隨著F的增大，底片的幾何不清晰度變小，提高了射線底片的清晰度。由于選擇的焦距均大于最小焦距Fmin，在其他試驗條件不變的情況下，底片的清晰度沒有明顯的變化。在有曝光屏蔽裝置的情況下，像質(zhì)清晰度和缺陷的清晰度都比較好。而在施工安裝中，在考慮底片質(zhì)量的前提下，還要考慮經(jīng)濟和效率因素。因此，選取透照焦距F為500 mm，透照時間為2.6 min時，可以快速高效地完成檢測工作。

觀察底片，比較不同厚度的增感屏對底片影像質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)結(jié)果并無明顯的差異。經(jīng)過仔細地分析比較，在透照焦距F為500 mm和有曝光屏蔽裝置的條件下，0.10 mm/0.16 mm(A)類增感屏得到的底片清晰度最高，缺陷影像質(zhì)量最好。同時，以其他焦距為參考，發(fā)現(xiàn)此增感屏為最優(yōu)。

在選用AGFA C 7膠片的前提下，綜合考慮以上三個因素，以透照焦距F為500 mm，增感屏為0.10 mm/0.16 mm，配以自己設(shè)計的曝光屏蔽裝置為最佳組合。合理的工藝設(shè)計，能經(jīng)濟高效地完成高溫再熱器出口管排的無損檢測任務(wù)。

5　結(jié)語

針對火力發(fā)電廠中高溫再熱器的無損檢測，合理地選用能量較低的Se75放射源，充分考慮了管排之間間距小帶來的問題，通過計算選取透照距離F為500 mm，透照角度θ為17°為合理參數(shù)。另外，制作了高溫再熱器曝光屏蔽裝置，降低了旁邊管子散射線對射線底片質(zhì)量的影響，提高了員工工作效率和底片質(zhì)量。

使用此工藝可以滿足其他超超臨界機組中高溫再熱器的無損檢測要求，對于監(jiān)控鍋爐質(zhì)量，延長鍋爐使用壽命，有較好的應(yīng)用價值。

[1]葉勇健,何振東. 華能玉環(huán)電廠1 000 MW超超臨界鍋爐特性[J]. 電力建設(shè),2007,28(11): 66-69.

[2]李衍.第二代Se75γ射源的特性及其在管道檢測中的應(yīng)用[J].無損檢測,2003,25(4):1-4.

Radiographic Testing of High Temperature Reheater in 660 MW Ultra Supercritical Thermal Power Generating Units

XU Yun-wei,ZHONG Peng,ZHANG Chun-you

(China Energy Engineering Group Zhejiang Thermal Power Construction Co.,Ltd,Hangzhou 310015,China)

The 660MW ultra supercritical thermal power generating units of thermal power plants demand rather high requirements for the welding level of high temperature reheater,needing a more demanding working environment and stricter standard of testing. This paper shows how to choose the ray source and transillumination position reasonably based on the situation of the site,and to determine the focus and exposure parameters through experiments,and finally it designs and develops the optimum radiographic technology,which is able to meet the requirements of quality and testing efficiency.

Ultra supercritical;High temperature reheater;Radiographic testing;Se75

2016-01-04

許云偉(1981-)，男，碩士研究生，工程師，主要從事無損檢測專業(yè)技術(shù)的研究及應(yīng)用工作。

許云偉,E-mail: 15600136781@163.com。

10.11973/wsjc201608009

TG115.28

A

1000-6656(2016)08-0038-03