电站锅炉热管失效诊断方法探讨

佟得吉

（中国特种设备检测研究院，北京 100029）

锅炉效能无法发挥的主要原因是受热面的损坏，其常见失效类型包括受热面本体材质存在缺陷；锅炉运作的过程中因为长时间受到高温以及高压的作用力，而且锅炉原先的设计就存在一些缺陷以及热管受热面的硬度和强度都明显较弱等。电站锅炉对于承压类特种设备来说，其维护重任是不容忽视的，一旦电站锅炉热管出现失效，将造成整个系统陷入瘫痪，因此提高警惕，定期并且及时地进行检查是必要的。

1 电站锅炉热管受热面失效

1.1 事故概况

某电站锅炉型号为XD-220/9.8-Qg，额定蒸发量为220t/h，额定出口压力为9.8MPa，额定出口温度为540℃，燃烧方式为室燃（高炉煤气、四角切圆）。从2015年的8月开始运行不到一年的时间，就在2016年的6月18日～19日进行了全面的安全检查。四天后实施停炉冷却，冷却完毕就开始实施全方位的安全损坏检测，一共检查到了四处不符合要求。

1.2 失效诊断

（1）宏观检查。停炉冷却后先是对电站锅炉热管的全面检查，主要是汽包、主蒸汽管道以及各受热面及对应集箱部分。

（2）前期准备。在检查的前期，需要对电站锅炉热管汽包内表面纵、环焊缝进行抛光处理，还有就是主蒸汽管道以及各个集箱比较重要的地方和衔接处打磨抛光处理。之后再根据实际的情况选择合适的检测手段，对各项检查辅助设备进行数据的校准，以确保后期的检测结果失真率降低。

（3）无损检测。分别用磁粉检测、渗透检测两种方法对打磨抛光部位按照一定的比例进行无损检测，一共发现了4 处较为明显的损坏，并做好了详细的损坏记录。

2 结果及分析

2.1 结果

（1）汽包管座角焊缝经过渗透检测发现裂纹1 处，该裂纹的长度大约是在50mm 如图1 所示。通过裂纹损坏的专业分析，可以发现是该地方由于经常性的受到同一种力量的碰撞而导致的开裂现象，称为疲劳裂纹。

（2）汽包省煤器再循环管孔经过渗透检测发现裂纹的长度虽然不大，但是数量较多，平均的长度大概是在10mm 如图2 所示。通过损坏原因的分析，也确定了此处的裂纹是疲劳裂纹所导致。

（3）水冷壁集箱封头焊缝通过磁粉检测发现了较为密集而且长度大约在6.9mm 左右的裂纹1 处，如图3 所示。通过专业化的评估，可以确定此处的裂纹是最开始进行焊接的过程留下的“后遗症”，因为焊接导致了物体内部的原子结合被破坏，发生了重组现象，也就形成了这种密集的裂纹。

（4）图4 为主蒸汽管道经磁粉检测发现一处大约20mm的裂纹。通过损坏评估，确定这个裂纹同样是受到长期持续的同种作用力而形成的，归类为疲劳裂纹。

图1 汽包管座角焊缝

图2 汽包省煤器再循环管孔裂纹

图3 水冷壁集箱封头焊缝裂纹

图4 主蒸汽管道裂纹

2.2 失效分析

（1）通过磁粉检测方法，发现裂缝的数量比较多，而且长度集中在8mm 左右。通过裂纹原因的评估，发现这类损坏是属于延迟裂纹的范畴。何谓延迟裂纹，主要就是焊接的地方会在冷却后一段时间发生形变，进而产生裂缝。延迟裂纹是冷裂纹的一种常见缺陷，这种缺陷产生的主要原因是塑性储备、应力状态以及焊缝金属内的氢元素与其他物质发生了化学反应，形成了焊接处的缝隙。正常情况下，焊接后的短时间内不会出现裂缝，主要是冷却后的数小时或是数天后才会形成裂纹。这种裂纹需要及时地发现并且处理，不然其快速扩散的特点容易造成更为严重的问题，所以发现之后需要加急处理，即便是第一次处理没有全面，后期还是要做一定的返修处理。

（2）通过TOFD 检测方法查出了8 个地方存在严重的安全隐患如图5 所示，为了进一步评估这种裂纹的性质，又使用了X 射线对这几处地方进行对比如图6 所示，通过对比发现了有一处裂纹比较严重，属于未熔合的缺陷，未熔合，顾名思义就是焊接的过程中，焊道金属与本体金属没有完全贴合在一起。这种缺陷是非常严重的问题，试想一下，当压力容器运作时，容器内部会承受极强的压力，如果焊接处不融合，那么就会导致爆炸等及其危险的事故发生。

图6 射线检测缺陷图

2.3 预防措施

（1）造成延迟裂纹的原因有很多，其中钢种淬硬倾向是主要原因，造成这种缺陷的概率也就更大；因为物质中的氢元素是有一定延迟效果的，由于氢元素的综合反应导致的延迟裂纹，被叫作是氢致裂纹，也称氢诱发裂纹。为了根除这种缺陷，就需要做好提前的防范工作，可以采取以下几种措施，首先是焊接方法的选择，可以选用低氢焊接材料、低氢焊接，另外，就是对氢元素的来源加强调控，烘干焊条消理焊件焊丝能够确保氢元素的来源是可控的。控制氢元素的来源是预防措施的一种，其次就是依靠合金元素来提高材料的塑性，进而预防裂纹的产生。当然选择合适的焊条，比如奥氏体组织焊条就能很好地防止延迟裂纹的出现。

（2）未熔合属于面积性的缺陷，这种缺陷的危害会导致受压面积减小，面积减小后，压力会更加集中，一旦裂缝的承受能力不强，就容易爆炸。这种缺陷的原因更多的是由于焊接的部位存在杂质，焊接丝的电压电流都不符合标准：焊接工作人员为了提高效率就私自加强电流等。预防这种问题的措施首先是必须严格的按照选材标准去筛选，确保焊接位置的清洁，然后采用更高的电流电压加以标准化的焊接，才能保证该缺陷的根除。

3 结语

电站锅炉热管裂纹是主要的缺陷，一般是发生在焊接冷却的过程中，由于受到应力的作用发生形变，还有可能是在日常使用的时候，频繁地受到一种作用力的碰撞而导致缺陷，这类缺陷的出现概率最高，维护不当也会发生巨大的事故，因此危险性也最强。另外，电站锅炉热管未焊透缺陷主要是焊接的过程中，金属和材料没能完全的贴合，中间存在一定的缝隙，这种缺陷危险性也很高，爆炸事故多数是这种缺陷引起的。未熔合，指熔焊时焊道与母材之间或焊道与焊道之间，因熔化不完全而断开的部分。

综上所述，通过失效诊断，能够帮助维护人员更好地了解电站锅炉热管运行情况，并且通过相关检测手段，以及记录的数据情况，做出综合性的分析，明确热管裂缝产生的原因，并提出相应的解决对策。