锅炉再热微量喷水减温器弯头裂纹超声检验方法探讨

摘要：西南某火力发电厂300WM机组的#2锅炉再热微量喷水减温器弯头磨削倒角处开裂泄漏，造成该机组“非停”。本文对锅炉再热减温器弯头内壁磨削倒角处裂纹的产生原因进行了分析。通过采用直段侧K3探头和弯头侧小角度纵波斜探头的检测方法对减温器弯头内壁磨削倒角处裂纹有效检出的应用试验，从而达到简化探伤方法和提高探伤效率的目的。

关键词：弯头裂纹小角度纵波   K3探头   磨削倒角

1前言

西南某火力发电厂#2锅炉为东方锅炉股份有限公司生产的DG1025/18.2-Ⅱ4型，亚临界参数，再热蒸汽的流量844.1t/h，进/出口压力为 3.79/3.61 MPa，进/出口温度 为327/540℃，给水温度为280℃。一次中间再热、单汽包、自然循环、平衡通风，尾部双烟道、固态排渣，燃煤汽包炉。

运行人员发现#2锅炉“大罩壳”内有泄漏声音。停炉后检查发现泄漏部位为B侧再热微量减温器弯头焊口附近。开裂部位在弯头内壁的磨削倒角处，由内向外延伸，外壁测量其长度150mm处，距离焊口边缘15mm。随后对该锅炉A侧再热微量减温器弯头进行超声波检查，发现其存在断续分布周向裂纹4处，裂纹长度最长达180mm，若继续运行势必造成另一次非停。

2原因分析

由于300WM机组再热微量减温器结构比较特殊，减温喷水管距离弯头与减温器筒体焊缝距离400mm，且在上方距离焊缝120mm处周向布置3个测温热电偶。再热减温器直管段厚为22mm，弯管厚为30 mm，为满足焊接工艺的需要，通常将弯头的内壁进行机械削薄加工后焊接。该机组处于负荷中心，调峰时负荷变化频繁，在不能有效的采用摆动燃烧器喷口进行调温时，而采用大量减温水的投入来改变再热系统的超温。再热减温器介质为380℃蒸汽，而喷嘴减温水为280℃热水，由于从喷嘴至减温器弯头的行程较短，减温水的雾化和混合比较困难。这样在邻近减温器弯头磨削倒角处的形成温度差异，各部分膨胀和收缩会相互约束而产生附加热应力，温差越大，热应力越大，反之亦然。由于频繁投入减温水的会在应力集中部位即弯管磨削倒角处产生热疲劳裂纹，最终引起泄露。

3 超声常用检测方法存在问题

按照厚度与K值对应的检测工艺要求，通常会采用K2探头对弯头内壁磨削倒角处裂纹进行检测，在弯头或直段侧检测都存在漏检误判的风险，其主要理由是：

（1）当用K2探头从弯头背弧侧扫描时，当K2探头扫描移动过程中，超声波束与凸台倒角构成几何反射条件，又由于磨削加工的不均匀性，这样就会形成动态范围大，波幅高，深度随机变化的连续不断出现的结构反射波，从而无法判断是否在此部位是否产生裂纹，这样会造成误判。

（2）当用K2探头从直管段侧扫描时候，声程较短只能满足焊缝扫查，而倒角处裂纹不在扫描生声程范围内，不能对倒角处裂纹进行全体积的覆盖扫查，即使有裂纹的存在在显示器上也难以发现，这样也会造成漏检。

4超声波检测新方法讨论与应用

4.1 K3探头在直段检测讨论与应用

（1）选用K3探头检验在直段检测，超声束穿过焊缝，磨削倒角裂纹位于K3探头扫描声程范围内，从而达到对背头磨削倒角裂纹的扫查，超声波仪器显示屏上可以清楚的显示倒角裂纹缺陷波，而磨削倒角处无裂纹时，磨削倒角不会与超声束构成几何反射条件，超声波仪器显示屏不会出现磨削倒角的反射波。

（2）但是这种方法的前提是必须运用K2的探头在直管段侧对焊缝进行全跨距检测，保证中焊缝没有缺陷导致声束折射引起波型转换的的影响。

（3）用K3的探头在直段进行扫查时，用K3探头扫查时尽量靠近本侧焊缝边缘，磨削倒角结构反射信号迟钝，而倒角处裂纹反射信号强烈。

（4）为了提高声束指向性探头选用频率为5MHZ，又由于传播距较远，声能损失严重，探头的晶片至少选13×13mm以上。

4.2 小角度纵波斜探头在弯头侧检测讨论与应用

（1）由于再热微量减温器筒体直段上有测量再热器出口温度的3个周向分布热电偶插管，且距离连接焊缝的位置较近，K3探头在直段上移动受到限定，无法对弯头磨削倒角处是否存在裂纹进行全范围的扫查。又由于K3探头在弯头扫查，受到曲率的影响和凸台倒角干扰波的影响，难以对弯头磨削倒角处是否存在裂纹进行有效的扫查。

（2）小角度的纵波斜探头，一般选用较小尺寸的晶片，与弯头接触面小，耦合的效果好。作周向和軸向扫查时，探头不需要做曲面的修磨。

（2）小角度的纵波斜探头，发射纵波，指向性好，干扰回波少，对弯头磨削倒角处裂纹回波反射灵敏，判读简单。

（3）在弯头磨削倒角处裂纹的两侧放置小角度纵波斜探头，纵波折射声束均能与倒角处裂纹构成几何反射条件。而倒角斜台结构反射波很低，这样更利于利用小角度的纵波斜探头对倒角处裂纹的检查。

（4）灵敏度的调整，在弯头三通校准试块SW-Ⅰ上校验灵敏度，扫查时增益提高6dB，现场检测时，由于弯头内壁存在蒸汽腐蚀，校验灵敏度还可适当提高。

（5）为了提高声束指向性，小角度纵波斜探头用频率为5MHZ。由于在弯头侧对裂纹检测，传播距较近，声能损失较小，晶片尺寸9×12mm能满足检测需要。小角度纵波斜探头折射角度要选大些才能保证纵波声束与磨削倒角处裂纹形成较强的反射条件，折射角度选为12°为宜。

5结束语

本试验采用K3探头和小角度纵波斜探头对再热微量减温器弯头磨削倒角处裂纹的检出为主要目的，因热疲劳裂纹产生部位变化及弯头内壁磨削加工不规范，会导致检测结果的失真，我们应根据理论知识和经验的积累对缺陷的性质进行鉴别，必要时可采用TOFD或相控阵进行精准的判断。

参考文献：

[1]孙丙新等火电厂中小径管道弯头超声波探伤方法无损检测（2007）

[2]樊瑞敏等锅炉减温器喷水管座内壁裂纹超声波检测无损探伤（2009）

作者简介：李久航，工程师，无损检测高级检测人员（RT，UT，MT，PTIII级），主要从事电站无损探伤及金属失效分析工作;联系电话：13982081572.E-mail：1278770920@qq.com