抽水蓄能機組尾水鋼管安全檢測方法研究及應用

呂程 姜楠

【摘要】尾水鋼管是抽水蓄能電站的主要結構之一，在電站生產中發揮著十分重要的作用。尾水鋼管安全檢測是保證蓄能機組安全穩定運行的關鍵因素。文章介紹了蓄能機組尾水鋼管安全檢測的內容與方法，并結合生產實際對其在蓄能電站中的應用進行了說明。尾水鋼管安全檢測的方法為類似工作提供參考。

【關鍵詞】蓄能機組；尾水鋼管；安全檢測與評估；無損探傷

前言

抽水蓄能電站以其啟動靈活、工況轉換快速的特性在電網中起著調峰填谷、調頻調相和事故備用的作用，作為抽水蓄能電站主要結構之一的尾水鋼管，其安全運行至關重要。隨著蓄能機組運行時間的增加，尾水鋼管的安全狀況更加復雜，因此有必要對其進行定期全面安全檢測，以消除安全隱患。本文以某抽水蓄能電站（以下簡稱“某蓄”）#3機組為例進行說明。

1、某蓄#3機組尾水管基本情況概述

某蓄#3機組從投入運行至今已二十余年，尾水鋼管狀況一直良好。#3機組尾水鋼管從機組中心線起至尾水事故閘門段可分為以下三部分進行檢測、記錄：（1）尾水錐管、肘管及擴散段——材質為E28-4，鋼板厚30mm。（2）尾水鋼管直管段——材質為16Mn鋼，鋼板厚14mm，涂層厚度250～300μm，共有14段安裝管節。各段安裝管節之間環焊縫為現場焊接；其中每段安裝管節由三段或兩段等長小管節在安裝車間焊接而成，各段小管節均由二至三張鋼板卷制焊接。（3）尾水鋼管圓變方段——材質為16Mn鋼，鋼板厚18mm。

2、安全檢測項目

尾水鋼管安全檢測的檢測周期可分為首次檢測、中期檢測、折舊期滿檢測和特殊情況的檢測四種，具體檢測項目有巡視檢查、外觀檢測、材質檢測、無損探傷、應力檢測、振動檢測及水質與底質檢測等幾種幾種，本次重點開展以下三項：

2.1外觀檢測

外觀檢測包括焊縫及管壁表面檢測與腐蝕狀況檢測兩種類型。

2.1.1表面檢測方法及部位 表面檢測以目視檢查為主，對尾水鋼管內壁的外觀形態進行檢查，可借助放大鏡等工具檢查是否有微裂紋。發現的缺陷以拍照等方式進行詳細記錄。重點檢查焊縫區、彎管、管壁表面凹坑或制造安裝時存在缺陷（已經處理）的部位，同時應關注是否有外壓失穩跡象，即有無鋼管內凹現象。

2.1.2 腐蝕狀況檢測方法及部位 腐蝕狀況檢測主要采用涂層測厚儀、超聲波測厚儀、游標卡尺等工具進行，對尾水鋼管各段涂層及鋼板厚度、銹蝕情況進行檢測，檢測結果可與原始數據進行對比。檢測前對被檢表面應進行清理，以去除浮銹、油污及其它附著物。在檢測結果里應記錄各段腐蝕部位及分布、蝕孔的最大深度和平均深度、腐蝕面積占管壁表面積的百分比等內容。根據尾水鋼管布置情況，重點檢測焊縫區、彎管、支承環或加強環附近及岔管肋梁、管壁表面凹坑、人孔附近及焊補區域附近等存在應力集中的部位。

2.2材質檢測

鋼管主要材料牌號不清或對其牌號有疑問時，應進行鋼管材料的材質檢測。可通過光譜測量及硬度測量分析確定材料牌號，一般不進行破壞性取樣。無論是否有材質資料，鋼管運行40年后必須進行材質檢測。對于破壞的管段，必要時還可采用金相分析等試驗方法。

2.3無損探傷

尾水鋼管一、二類焊縫應進行無損探傷。

2.3.1無損探傷方法 對于表面有涂層的埋管，常采取超聲探傷方法對其環縫、縱縫進行檢測。按《焊縫無損檢測超聲檢測技術、檢測等級和評定GB/T11345-2013》執行，一類焊縫BI級合格，二類焊縫BII級合格。焊縫兩側一定范圍內的涂層在超聲探傷前需打磨清理露出金屬光澤，超聲探傷完成后需按要求恢復兩側涂層。

2.3.2無損探傷工作量 根據《鋼支管安全檢測技術規程DL/T 709-1999》，一類焊縫使用超聲波探傷的長度不少于20%，二類焊縫使用超聲波探傷的長度不少于10%。

3、某蓄#3機組尾水鋼管安全檢測實例

3.1外觀檢測

3.1.1表面檢測 #3機組尾水鋼管外觀檢查正常，未見內凹等變形，除尾水錐管、肘管段及部分管節連接處（主要為現場焊接）環焊縫兩側有輕微銹跡外，鋼管整體狀況完好。部分環焊縫兩側有輕微銹跡，推測為現場焊接時濺落焊渣未清除干凈導致。

3.1.2腐蝕狀況檢測 腐蝕狀況檢測主要采用DM5E型超聲波測厚儀（DA501探頭、聲速5900m/s）和Elcometer 456型涂層測厚儀（FNF探頭）進行分段檢測。

鋼板厚度分析：根據制造及安裝資料記錄，尾水錐管、肘管段鋼板厚30mm，尾水鋼管直管段鋼板厚14mm。本次檢測抽檢各段鋼板厚度無異常。

涂層厚度分析：根據制造及安裝資料記錄，鋼管直管段、圓變方段各安裝管節刷涂鋁粉環氧煤瀝青漆、云鐵環氧煤瀝青漆各一遍，涂層標準膜厚300μm。制造記錄《涂層干膜厚度檢查報告》里顯示，直管段測量各涂層厚度在250～300μm之間，漆膜均勻，除局部有斑點外，其他部位均無斑點。

本次檢測抽檢各段涂層基本完整，局部輕微銹蝕：尾水肘管段部分測點涂層厚度在100μm左右，抽檢區域及其他銹蝕部位已全做補漆處理；直管段除部分管節外，涂層厚度基本在220～300μm之間或大于300μm；圓變方段抽檢測點涂層厚度均大于300μm。

各段管節鋼板及涂層厚度部分數據如表2所示。

3.2材質檢測

采用Niton XL2-800S手持式X射線熒光光譜儀對鋼板進行材質分析，分散選取5個部位進行檢測。經檢測，#3機組尾水鋼管檢測出金屬元素在設計材料16Mn對應元素含量范圍內，材質檢測結果合格。

3.3無損探傷

3.3.1無損探傷工作量 基于某蓄#3機組尾水鋼管運行十余年狀況良好，且排空水后進行外觀檢測無異常，現暫按一類焊縫5%、二類焊縫2.5%的比例抽檢，屆時視檢測情況確定是否增加探傷比例。根據《#3尾水鋼管制造記錄》、《#3尾水鋼管安裝記錄》中統計，估算#3機組尾水鋼管的無損探傷工作量為21米，其中縱縫10米，環縫11米。

3.3.2無損探傷部位 超聲波探傷的重點是尾水鋼管制造及安裝時無損探傷發現超標缺陷并修復處理過的部位。根據斜探頭單面雙側的檢測方式，探頭移動范圍為1.25P，其中P=2KT（K取2，T<40mm），則超聲波檢測前將焊縫兩邊各10cm（錐管、肘管段應大于12cm）范圍內的涂層清理干凈，去除表面凸點和雜物。

3.3.3無損探傷方法 超聲波探傷前一般先采用直探頭復核鋼板壁厚，然后換斜探頭對焊縫進行檢測，檢測參數如表2。

3.3.4無損探傷結果 選定#3機組尾水鋼管5%的一類焊縫（環焊縫）、2.5%的二類焊縫（縱焊縫）進行超聲波探傷，所選焊縫依次為3Z-3、3Z-5- Z1、3Z-7-左、3Z-7-右、環4-1等21處。經檢測，鋼管所有受檢焊縫均合格，不再增加檢測比例；其中焊縫3Z-3、4-18-Z3、環4-23及4-34-Z3檢測出有點狀氣孔，但仍屬未超標缺陷。

3.4結論與建議

3.4.1結論

根據檢測結果綜合評估，#3機組尾水鋼管整體狀況完好，滿足安全運行要求，具體情況如表3。

3.4.2建議

（1）嚴格按照檢測周期規定對蓄能機組尾水鋼管進行安全檢測，確保機組安全運行。

（2）電廠運行或水工人員要做好平時巡視檢查工作，詳細記錄巡視檢查有關情況，發現異常情況及時研究、解決。同時，要做好尾水鋼管的防腐蝕工作，檢修人員對大、小修期間發現的局部銹蝕情況要及時處理，完善打磨、補焊、刷漆等每個細節，防止銹蝕情況加劇。

（3）尾水排空后尾水管內路面濕滑，底部有時會有積水或流水，作業難度和作業風險較大，建議細化檢測流程、優化檢修工藝，進而確保人身安全、提高工作效率。

4、結語

尾水系統的安全事關水電廠的安全生產，運行多年的鋼管進行全面的安全檢測與評估至關重要。本文結合工程實際詳細介紹了蓄能機組尾水鋼管安全檢測的內容與方法，希望能為類似工作提供參考。

參考文獻：

[1] DLT 709-1999 .壓力鋼管安全檢測技術規程.北京：中國電力出版社，2000.

[2] NB/T 47013.3-2015 .承壓設備無損檢測 第3部分：超聲檢測.國家能源局，2015.