鍋爐再熱微量噴水減溫器彎頭裂紋超聲檢驗方法探討

摘要：西南某火力發電廠300WM機組的#2鍋爐再熱微量噴水減溫器彎頭磨削倒角處開裂泄漏，造成該機組“非停”。本文對鍋爐再熱減溫器彎頭內壁磨削倒角處裂紋的產生原因進行了分析。通過采用直段側K3探頭和彎頭側小角度縱波斜探頭的檢測方法對減溫器彎頭內壁磨削倒角處裂紋有效檢出的應用試驗，從而達到簡化探傷方法和提高探傷效率的目的。

關鍵詞：彎頭裂紋小角度縱波 ? K3探頭 ? 磨削倒角

1前言

西南某火力發電廠#2鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產的DG1025/18.2-Ⅱ4型，亞臨界參數，再熱蒸汽的流量844.1t/h，進/出口壓力為 3.79/3.61 MPa，進/出口溫度 為327/540℃，給水溫度為280℃。一次中間再熱、單汽包、自然循環、平衡通風，尾部雙煙道、固態排渣，燃煤汽包爐。

運行人員發現#2鍋爐“大罩殼”內有泄漏聲音。停爐后檢查發現泄漏部位為B側再熱微量減溫器彎頭焊口附近。開裂部位在彎頭內壁的磨削倒角處，由內向外延伸，外壁測量其長度150mm處，距離焊口邊緣15mm。隨后對該鍋爐A側再熱微量減溫器彎頭進行超聲波檢查，發現其存在斷續分布周向裂紋4處，裂紋長度最長達180mm，若繼續運行勢必造成另一次非停。

2原因分析

由于300WM機組再熱微量減溫器結構比較特殊，減溫噴水管距離彎頭與減溫器筒體焊縫距離400mm，且在上方距離焊縫120mm處周向布置3個測溫熱電偶。再熱減溫器直管段厚為22mm，彎管厚為30 mm，為滿足焊接工藝的需要，通常將彎頭的內壁進行機械削薄加工后焊接。該機組處于負荷中心，調峰時負荷變化頻繁，在不能有效的采用擺動燃燒器噴口進行調溫時，而采用大量減溫水的投入來改變再熱系統的超溫。再熱減溫器介質為380℃蒸汽，而噴嘴減溫水為280℃熱水，由于從噴嘴至減溫器彎頭的行程較短，減溫水的霧化和混合比較困難。這樣在鄰近減溫器彎頭磨削倒角處的形成溫度差異，各部分膨脹和收縮會相互約束而產生附加熱應力，溫差越大，熱應力越大，反之亦然。由于頻繁投入減溫水的會在應力集中部位即彎管磨削倒角處產生熱疲勞裂紋，最終引起泄露。

3 超聲常用檢測方法存在問題

按照厚度與K值對應的檢測工藝要求，通常會采用K2探頭對彎頭內壁磨削倒角處裂紋進行檢測，在彎頭或直段側檢測都存在漏檢誤判的風險，其主要理由是：

（1）當用K2探頭從彎頭背弧側掃描時，當K2探頭掃描移動過程中，超聲波束與凸臺倒角構成幾何反射條件，又由于磨削加工的不均勻性，這樣就會形成動態范圍大，波幅高，深度隨機變化的連續不斷出現的結構反射波，從而無法判斷是否在此部位是否產生裂紋，這樣會造成誤判。

（2）當用K2探頭從直管段側掃描時候，聲程較短只能滿足焊縫掃查，而倒角處裂紋不在掃描生聲程范圍內，不能對倒角處裂紋進行全體積的覆蓋掃查，即使有裂紋的存在在顯示器上也難以發現，這樣也會造成漏檢。

4超聲波檢測新方法討論與應用

4.1 K3探頭在直段檢測討論與應用

（1）選用K3探頭檢驗在直段檢測，超聲束穿過焊縫，磨削倒角裂紋位于K3探頭掃描聲程范圍內，從而達到對背頭磨削倒角裂紋的掃查，超聲波儀器顯示屏上可以清楚的顯示倒角裂紋缺陷波，而磨削倒角處無裂紋時，磨削倒角不會與超聲束構成幾何反射條件，超聲波儀器顯示屏不會出現磨削倒角的反射波。

（2）但是這種方法的前提是必須運用K2的探頭在直管段側對焊縫進行全跨距檢測，保證中焊縫沒有缺陷導致聲束折射引起波型轉換的的影響。

（3）用K3的探頭在直段進行掃查時，用K3探頭掃查時盡量靠近本側焊縫邊緣，磨削倒角結構反射信號遲鈍，而倒角處裂紋反射信號強烈。

（4）為了提高聲束指向性探頭選用頻率為5MHZ，又由于傳播距較遠，聲能損失嚴重，探頭的晶片至少選13×13mm以上。

4.2 小角度縱波斜探頭在彎頭側檢測討論與應用

（1）由于再熱微量減溫器筒體直段上有測量再熱器出口溫度的3個周向分布熱電偶插管，且距離連接焊縫的位置較近，K3探頭在直段上移動受到限定，無法對彎頭磨削倒角處是否存在裂紋進行全范圍的掃查。又由于K3探頭在彎頭掃查，受到曲率的影響和凸臺倒角干擾波的影響，難以對彎頭磨削倒角處是否存在裂紋進行有效的掃查。

（2）小角度的縱波斜探頭，一般選用較小尺寸的晶片，與彎頭接觸面小，耦合的效果好。作周向和軸向掃查時，探頭不需要做曲面的修磨。

（2）小角度的縱波斜探頭，發射縱波，指向性好，干擾回波少，對彎頭磨削倒角處裂紋回波反射靈敏，判讀簡單。

（3）在彎頭磨削倒角處裂紋的兩側放置小角度縱波斜探頭，縱波折射聲束均能與倒角處裂紋構成幾何反射條件。而倒角斜臺結構反射波很低，這樣更利于利用小角度的縱波斜探頭對倒角處裂紋的檢查。

（4）靈敏度的調整，在彎頭三通校準試塊SW-Ⅰ上校驗靈敏度，掃查時增益提高6dB，現場檢測時，由于彎頭內壁存在蒸汽腐蝕，校驗靈敏度還可適當提高。

（5）為了提高聲束指向性，小角度縱波斜探頭用頻率為5MHZ。由于在彎頭側對裂紋檢測，傳播距較近，聲能損失較小，晶片尺寸9×12mm能滿足檢測需要。小角度縱波斜探頭折射角度要選大些才能保證縱波聲束與磨削倒角處裂紋形成較強的反射條件，折射角度選為12°為宜。

5結束語

本試驗采用K3探頭和小角度縱波斜探頭對再熱微量減溫器彎頭磨削倒角處裂紋的檢出為主要目的，因熱疲勞裂紋產生部位變化及彎頭內壁磨削加工不規范，會導致檢測結果的失真，我們應根據理論知識和經驗的積累對缺陷的性質進行鑒別，必要時可采用TOFD或相控陣進行精準的判斷。

參考文獻：

[1]孫丙新等火電廠中小徑管道彎頭超聲波探傷方法無損檢測（2007）

[2]樊瑞敏等鍋爐減溫器噴水管座內壁裂紋超聲波檢測無損探傷（2009）

作者簡介：李久航，工程師，無損檢測高級檢測人員（RT，UT，MT，PTIII級），主要從事電站無損探傷及金屬失效分析工作;聯系電話：13982081572.E-mail：1278770920@qq.com