高参数百万机组金属检测工作的探讨

李向峰　韩冠英　徐士友

1、前言

华能莱芜电厂为华能集团在山东的首台百万千瓦机组，是国内首次采用二次中间再热、塔式锅炉、侧煤仓布置的机组。锅炉出口参数为32.97MPa/605/623/623℃，对应汽机的入口参数31MPa/600℃/620℃/620℃，为国内最高参数，处于国际领先水平。整套机组应用新技术多、参数高。为切实做好质量管控工作，认真分析高参数对机组安装、试运带来的风险，寻求保障机组安全长周期运行的有效措施，有必要对金属检测工作进行深入的研究和探讨。

2、本项目金属检测工作的现状

根据山东电建一公司与华能莱芜发电有限公司签订的施工合同，质量目标要求按照最新版的电力施工规范等有关国家、电力行业标准要求进行。焊接验收工作主要执行标准DL/T 869-2012《火力发电厂焊接技术规程》，金属监督执行标准DL/T 438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》。本工程锅炉受热面管子焊接均属Ⅰ类焊接接头，需100%进行无损检验，其中不小于50%的射线检验。焊接接头的无损检测标准为：DL/T821《钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程》和DL/T820《管道焊接接头超声波检验技术规程》。除此之外，施工合同及业主并未针对此项目，做更多的金属检测方面的要求。

3、对莱芜高参数百万机组金属检测工作的探讨

3.1射线检测

3.1.1本工程受热面焊口多，约为87000道，射线检测工作量巨大，有些部件如二级过热器，规格为φ51*10.5mm，材质为奥氏体不锈钢，不能满足DL/T 820-2002超声波检测的要求，只能进行100%射线检测。有些部件受条件所限（如打磨宽度不够、管排之间密集、带有鳍片的管排以及再热器薄壁管焊口），这些焊口如做超声波检测，存在扫查宽度不够，人手操作探头困难，非缺陷波和缺陷波判别困难等影响，存在缺陷漏检的可能，进行超声波检测并不适宜。华能莱芜电厂的百万塔式二次再热锅炉，由于其高合金材质种类众多，锅炉结构紧凑复杂，一旦因焊接缺陷造成机组事故，返修工作也将很难开展。故此，如更好的发现焊口缺陷，防止漏检、误判，此类焊口最好进行射线检测。标准虽然规定不少于50%的射线，但是根据实际情况，我们将在本项目进行至少70%以上的射线检测，才能更加客观的把好焊接质量关。

3.1.2本项目镜面焊接的焊口约12000-15000道，管排与管排间隙狭小，如低压低温再热器，管间隙28mm，屏间隙57mm。焦距远远不能满足标准要求，无法放置X射线机。只能使用放射源。对于安装位置间距小的管排小口径薄壁管焊口，无法用X射线进行透照的，必须采用Se75源。另外，为了增加底片的清晰度，最好选用AgfaD4胶片。但是用AgfaD4 型胶片透照的曝光时间过长，工作效率低，不能满足施工现场进度要求，采用Agfa C7型胶片进行现场检验，效果也很好。另外要利用倒链将管排拉开满足焦距要求（或者大致满足）。如果能够开发出微焦点尺寸的Se75源，更能满足最小焦距要求，底片质量会更好。

3.1.3要严格执行射线检测工艺卡，提高射线底片的质量，防止缺陷漏检。要不怕工序麻烦，底片加背防护铅板、管子中间加铅皮等措施，对厚壁管焊口，利用Ir-192放射源进行检测，努力减少边蚀效应和减少背散射。

3.1.4小径管透照中开口大小和底片黑度要控制合理。由于超超临界机组厚壁管多，T/P91、T/P92焊口多，为保证对裂纹的检出率，双壁双投影的开口一般严格控制在3mm-10mm之内。同时底片黑度值应适当加大，一般3.0左右为宜，目的是为增大底片对比度。

3.1.5管排焊口要優化安装工序。管排焊口在焊接前，检测专业应该和安装单位进行讨论、协调，为射线检测创造条件。如低再管排，不要一排挨着一排焊接过去，可以分几个作业面，每个作业面焊接一排，这样可以实现射线最小焦距要求，为拍出合格的射线底片创造条件。

3.1.6射线底片的评定问题。要重点关注焊瘤情况。本工程存在很多管壁厚、管径小的受热面管子，如果内凸严重，焊瘤改变了焊缝的实际尺寸，会带来应力集中，内部的焊瘤还减小了它的内径，可能造成流动物堵塞，造成管壁超温而爆管。另外也要对射线检测标准进行对比，不单纯拘泥与现行的电力部标准，要各标准综合比对，如黑度大的深孔缺陷，电力部标准（DL/T 821-2002）并未提及，而JB/T 4730.1-2005标准中判断为超标缺陷。同时该标准中还提到对材质或结构原因，进行返修可能会产生不利后果的焊接接头，圆形缺陷可以适当的放宽。对于特殊材质，如T/P91材质的焊口，要注意观察线状缺陷，特别是弧坑位置，避免裂纹缺陷漏检。总之，射线底片的评定要根据情况，使之更加的合乎百万机组高参数的特点。

3.2超声波检测

3.2.1对于9%-12%Cr马氏体耐热钢超声波检测要求配备同材料声速校正试块，用于T/P91、T/P92焊口检测时的仪器调整和校核。目前已经配备了同材料的小径管试块1套（DL-1型）以及中厚壁管试块2块（RB-3、CSK-1B）。另外对于可进行超声波检测的奥氏体中小径薄壁管，还购置了同材料的短槽试块，如图1。对以前其它火电项目很少涉足的不锈钢焊口的超声检测开展攻关和研究。本项目争取在不锈钢焊缝超声波检测实践操作方面取得进展，为其他同类检测项目的开展提供可资参考和借鉴的成功经验。

3.2.2一些特殊位置、特殊形状或特殊尺寸的管道焊接接头（如部分手孔、探测面呈曲面变化的大小头接头，焊口附近管子有凸棱），如因管壁厚度过大无法采用射线检测方法，而采用常规超声波探伤方法无法满足检测要求时，要注意采取适宜的检测方法，如将焊缝余高磨平增加直探头检测，或与业主监理协商增加一定比例的表面检测等等，确保检验结果真实可信。

3.2.3要根据合金钢材质的特点，有针对性的制定详实的检测工艺。如P91和P92钢，有冷裂纹倾向，尽量热处理后24小时再进行检测。虽然超声波检测对面积性缺陷比较敏感，但是也要取决于裂纹面与超声波入射角度的关系，缺陷反射能量不一定很高，尤其是小裂纹。但仔细分析裂纹反射波形，几乎有一个共同点，就是波根有一定宽度，顶部有分叉，如图2和图3。对此类缺陷要重点关注，防止漏检。

3.3表面检测

3.3.1表面检测包括渗透检测和磁粉检测。标准中虽没做规定，但对9%～12%Cr（包括P91、P92）钢制管道焊口在正式施焊前，建议应对坡口进行渗透检测，确保没有机械加工裂纹或者母材夹层缺陷，其它电厂项目发现的缺陷如图4。3.3.2对于水冷壁密封焊接，所用材质为12Cr1MoV或者15CrMo，应该和正式焊接一样对待。除正确的执行焊接工艺流程外，焊接后，应对其焊缝进行100%的磁粉检测，消除裂纹缺陷的影响。3.3.3对于T/P91和T/P92材质焊口的特点，容易产生收弧小裂纹。应进行一定比例的表面检测抽查，消除焊口表面裂纹缺陷。如图5。

3.4光谱分析

3.4.1根据与华能莱芜发电有限公司签订的施工合同以及DL/T 438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》9.1.6条中g）之规定，受热面管子安装前，对合金钢管及焊缝按10%进行光谱抽查。华能莱芜电厂的百万塔式二次再热锅炉，由于参数高，锅炉部件几乎是合金钢。如果只按照标准执行，发现材质不符合的几率大大降低，因此我们在本项目对受热面合金钢管及焊缝进行100%光谱分析，已经发现材质错用的为4项，均进行了更换或者代用处理。

3.4.2因为铬是提高耐热钢抗氧化性的重要元素，所以P92材质的成分需要精确控制，而用看谱镜分析材质一般误差较大。另外百万机组现场存在大量不锈钢材质，有时用看谱镜没法区分开来，则需要配备直读式光谱仪，可以显示出各个主要合金元素的含量，有利于现场对合金钢的管理。故此需配备直读式光谱仪。

3.5硬度测试

3.5.1经过西安热工院专家对现场六大管道的技术交底得知：北京时代的硬度计测试出的P91/P92硬度值不准，对P22等较低合金钢测试出来的数值准确；而美国的里氏硬度计TH2000型对P91/P92测试出的数值较准，但对低合金钢则不是很准。因此，根据现场焊口材质的不同，准备分别配置两种型号的硬度计，力求所得硬度数值准确客观。

3.5.2标准的硬度块给出的数值单位为里氏，而现场要得到的数值为布氏，现在所用的里氏硬度計又牵扯到硬度单位的转换问题，因此用标准的硬度块进行数值校准并不适宜。如能获得便携式布氏硬度计、标准的布氏硬度块或者专用的P91/P92材质的标准硬度试块则更加能够提高现场所测数值的准确性。

4、结语

华能莱芜电厂百万机组，相对于一般百万机组，焊口数量多，焊口材质复杂多样。特别是如此高的参数下，检测人员的素质和先进的检测设备是保证金属监督质量的根本。要严格执行金属检测标准，并且不断优化检测工艺，发现问题及时总结，不断提高自身的业务水平，才能保证金属检测工作的顺利进行，进而为保证电厂机组的长久稳定运行奠定坚实的基础。

（作者单位：山东电力建设第一工程公司）