超臨界鍋爐現(xiàn)場檢驗(yàn)技術(shù)研究

趙賀

摘 要：超臨界鍋爐具有低煤耗、高效率以及低排放等優(yōu)點(diǎn)迅速成為了世界各國火力發(fā)電站建設(shè)中的首選之一。本文簡要介紹了超臨界鍋爐的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特點(diǎn)，并且對各項(xiàng)現(xiàn)場檢測技術(shù)在超臨界鍋爐中的具體應(yīng)用進(jìn)行了十分詳細(xì)的說明。

關(guān)鍵詞：超臨界鍋爐；檢驗(yàn)技術(shù)；研究

1 引言

超臨界鍋爐是我國“863計(jì)劃”的重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，它憑借低煤耗、高效率以及低排放等優(yōu)點(diǎn)迅速成為了世界各國火力發(fā)電站建設(shè)中的首選之一。2004年中國東方電氣集團(tuán)率先開發(fā)生產(chǎn)出第一臺600MW的超臨界鍋爐，成功填補(bǔ)了我國超臨界鍋爐的空白，同時(shí)也讓我國躋身于世界超臨界鍋爐技術(shù)研究的前沿[1]。

2 超臨界鍋爐常用的現(xiàn)場檢驗(yàn)技術(shù)

超臨界鍋爐的現(xiàn)場建設(shè)是一個(gè)十分龐大的項(xiàng)目，涉及到大量金屬管道的銜接安裝，需要進(jìn)行龐大的焊接作業(yè)，因此管道焊縫、固體焊渣殘余和金屬表面缺失等問題時(shí)有發(fā)生，為了檢驗(yàn)鍋爐管道的焊接質(zhì)量、提高鍋爐運(yùn)行的安全穩(wěn)定，在鍋爐投產(chǎn)運(yùn)行之前必須對所有的焊接管道進(jìn)行現(xiàn)場檢測，目前多數(shù)采用以下四種方法進(jìn)行檢驗(yàn)：

2.1 聯(lián)箱內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)

在超臨界鍋爐的現(xiàn)場安裝焊接過程中，為了減少焊渣、焊條以及其他固體物質(zhì)在管道中的殘留，許多廠家會(huì)嚴(yán)格要求焊接人員嚴(yán)格進(jìn)行管道封閉作業(yè)。然而在實(shí)際操作過程中，由于超臨界鍋爐管道的焊接口眾多，許多作業(yè)人員難免疏忽大意，將焊渣、焊條以及其他固體雜物遺留與管道之中，這些固體殘?jiān)y以通過水洗、氣吹等方式排出管外，值得注意的是，這些固渣一旦進(jìn)入到聯(lián)箱節(jié)流孔處，特別容易將節(jié)流孔堵死，使得管道流體無法通過節(jié)流孔，造成管道憋壓，甚至引發(fā)爆管。因此在超臨界鍋爐的安裝配管過程中，一定要全面系統(tǒng)地檢測清理管內(nèi)金屬殘?jiān)?，從而保證鍋爐機(jī)組的正常運(yùn)行。聯(lián)箱內(nèi)窺鏡是專門針對超臨界鍋爐聯(lián)箱易堵塞這一問題而發(fā)明的檢測技術(shù)，它是主要有強(qiáng)光源、高清鏡頭、線纜以及顯示器等部件組成，利用高清圖片傳感技術(shù)，在強(qiáng)光源的照射條件下通過視頻圖片采集鏡頭來捕捉呈現(xiàn)管道內(nèi)部的實(shí)體景象，從而檢測管道內(nèi)部的實(shí)體情況，為清理固體殘?jiān)木唧w位置和數(shù)量指明了確切的方向。

2.2 超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)是目前管道焊接、設(shè)備銜接過程中應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高的檢測技術(shù)之一，具有高效、無損以及精確定位等等檢測優(yōu)點(diǎn)。超聲波檢測技術(shù)首先利用發(fā)射探頭以一定角度將超聲波射入工件表面，超聲波自然會(huì)在工件表面產(chǎn)生反射波和折射波，然后再用接收探頭對其進(jìn)行收集，最后顯示與示波屏上，根據(jù)不同入射角度下的反射波和折射波的強(qiáng)度來來獲取被檢表面缺陷的位置和大小。超臨界鍋爐通常選用含有10%Cr的鐵素鋼作為蒸汽管道材質(zhì)，其物理聲學(xué)性質(zhì)與普通碳素鋼有著較大差異，以超聲橫波探傷為例，由折射定律：

（1）

式中T為超聲波入射角，CL超聲波縱波聲速，U1為碳素鋼橫波折射角，U2為10%Cr鐵素鋼橫波折射角，Cs1和Cs2分別不同材質(zhì)下的橫波聲速。顯然按照標(biāo)準(zhǔn)碳素鋼塊的探頭和儀器作用于超臨界鍋爐時(shí)其橫波折射角發(fā)生了明顯偏差，極有可能使得示波器上產(chǎn)生誤判，因此在超臨界鍋爐現(xiàn)場應(yīng)用超聲波檢測技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)以現(xiàn)場主管材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)工件進(jìn)行儀器的調(diào)整校正。

2.3 射線探傷檢測技術(shù)

射線探傷檢測技術(shù)利用X或γ射線穿透待檢工件，如果工件內(nèi)部存在缺陷，那么射線被工件不同部位的吸收程度以及自身衰減程度也存在著一定差異，然后再將吸收之后的射線投到膠片之上[2]，經(jīng)過顯影處理后即可清楚地看到工件具體的缺陷位置，如圖1所示。超臨界鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，蒸汽管道排列密集，管壁厚度較大，超聲波探傷技術(shù)存在著工作盲區(qū)，因此利用高能量的射線對管道焊接口進(jìn)行檢測是超臨界鍋爐現(xiàn)場檢測的重要手段之一，它可以清晰完整地展示管道設(shè)備連接處的微觀圖形，從而讓我們更加直接地檢測管道焊接質(zhì)量。

2.4 TOFD檢測技術(shù)在600MW超臨界鍋爐中的具體應(yīng)用

TOFD是一種超臨界鍋爐檢測過程中的新型技術(shù)，當(dāng)縱波經(jīng)過缺陷端點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生端點(diǎn)衍射波，而后利用一發(fā)一收的探頭來接收衍射波，并根據(jù)時(shí)差來判斷檢測出缺陷的具體位置。圖2為TOFD檢測技術(shù)的原理示意圖，由于缺陷本身存在一定的高度d，則超聲縱波在上端點(diǎn)的衍射波達(dá)到接收探頭的時(shí)間t1和超聲縱波在下端點(diǎn)產(chǎn)生的衍射波到達(dá)接收探頭的時(shí)間t2之間存在著明顯的時(shí)間差，從而根據(jù)式（2）來確定缺陷距離工件表面的距離。

（2）式中d為缺陷上端到表面的距離，C為縱波波速，t為超聲縱波到達(dá)尖端返回接收探頭的時(shí)間，t0為超聲波在工件表面的運(yùn)行時(shí)間，S是兩探頭之間的距離。顯然缺陷自身的高度h=d2-d1，運(yùn)用TOFD檢測技術(shù)可以檢測出高度僅為1mm的缺陷，極大地提高了工件表面缺陷檢測的精密度。

3 結(jié)語

總而言之，超臨界鍋爐現(xiàn)場檢驗(yàn)是一項(xiàng)復(fù)雜繁瑣的工作，涉及到大量的設(shè)備管道以及種類多樣的材料特性，在進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)的過程中一定要根據(jù)其材料性質(zhì)和管道構(gòu)造來選用合適的檢測方法，從而確保管道鍋爐的焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡武奇.600MW超臨界鍋爐給水控制系統(tǒng)研究及應(yīng)用[D].上海交通大學(xué)，2012（05）.

[2]龍毅，焦慶豐，單鴻.600MW超臨界機(jī)組鍋爐檢驗(yàn)技術(shù)及工程應(yīng)用探討[J].湖南電力，2010（06）.endprint