無損檢測在高壓給水加熱器中的應用

張恩斌，趙 超，陳世旺，陳宇慧

(1. 福州大學石油化工學院，福建 福州 350108；2.福建省特種設(shè)備檢驗研究院，福建 福州 350001；3. 鄭州輕工業(yè)學院 能源與動力工程學院，河南 鄭州 450002)

無損檢測在高壓給水加熱器中的應用

張恩斌1,2，趙 超1，陳世旺2，陳宇慧3

(1. 福州大學石油化工學院，福建 福州 350108；2.福建省特種設(shè)備檢驗研究院，福建 福州 350001；3. 鄭州輕工業(yè)學院 能源與動力工程學院，河南 鄭州 450002)

高壓給水加熱器廣泛應用于火力、核電發(fā)電等系統(tǒng)中，且是發(fā)電廠最高壓力下運行的設(shè)備。由于受到多種載荷、介質(zhì)的耦合作用，隨著運行時間的增長，容易萌生缺陷，這給電廠安全運行帶來了極大的挑戰(zhàn)。為了合理的檢測高壓給水加熱器含缺陷情況，保證電廠安全經(jīng)濟運行，因此采用多種無損檢測方法對高壓給水加熱器進行檢測，并對檢測結(jié)果進行分析，探索方法的合理性。

高壓給水加熱器；無損檢測；裂紋缺陷

高壓給水加熱器是火電和核電廠回熱系統(tǒng)中常見的重要壓力容器，位于給水泵與鍋爐之間，是一種汽-液換熱的管式換熱器。高壓給水加熱器是發(fā)電廠最高壓力下運行的設(shè)備，在運行中受到機組負荷突變，給水泵故障，旁路切換等引起的壓力和溫度的變化，這些都給高壓給水加熱器帶來一定的損害。目前，高壓給水加熱器成套產(chǎn)品制作技術(shù)已成熟，在生產(chǎn)運行過程中，一般不會出現(xiàn)較大的故障，但隨著運行時間的增長，會因載荷、介質(zhì)等各種因素的影響，萌生出新的缺陷[1-3]，在電廠鍋爐壓力容器定期檢驗中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)高壓給水加熱器存在超標缺陷，因此無損檢測的準確性對電廠的經(jīng)濟、安全運行具有重要意義。

本文采用外表面焊縫100%磁粉檢測外加對接焊縫100%直射法常規(guī)超聲檢測，然后對發(fā)現(xiàn)較嚴重的超標缺陷進行超聲數(shù)據(jù)分析，采用相控陣方法和時差衍射超聲TOFT技術(shù)分析缺陷的圖譜特征和自身高度，對產(chǎn)生表面裂紋的較嚴重焊縫進行光譜分析、金相檢驗和硬度測試。對產(chǎn)生裂紋進行原因分析，全面排查問題，提出解決問題的整改方案。

1 無損檢測

1.1 磁粉檢測

采用B310S儀器對高壓給水加熱器外筒體進行磁粉檢測，經(jīng)檢測，在高壓加熱器管板與筒體連接的外表面圓弧過渡段焊縫附近發(fā)現(xiàn)14處磁痕顯示，最長230mm，最深打磨2mm后仍有磁痕顯示。檢測焊縫部位如圖1所示，檢測結(jié)果見表1。

圖1 高壓給水加熱器簡圖

注：①B1～B7、A1～A5為制造廠環(huán)焊縫編號，H0～H6及Z1～Z3為現(xiàn)場檢測編號；②：手工焊(D，SMAW)、手氬焊(Ws，GTAW)、自動焊(M，SAW)、電渣焊(ESW)。

1.2 超聲檢測

儀器采用HS610e，探頭為2.5Z10×10K1/K2，檢測靈敏度φ2×40-14dB。H1、H2焊縫缺陷示意圖如圖2所示。

(a) H1焊縫缺陷示意圖 (b)H2焊縫缺陷示意圖

注：筒體規(guī)格：Dn2000×90/78mm，坡口型式：U、V、Ⅱ型。

表2 超聲檢測結(jié)果評定表

經(jīng)超聲波檢測，H1焊縫發(fā)現(xiàn)16處Ⅲ級橫向缺陷，H2焊縫發(fā)現(xiàn)1處Ⅲ級縱向缺陷，1處Ⅰ級縱向缺陷，2處Ⅲ級橫向面狀缺陷，其余未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷。

1.3 相控陣檢測

儀器采用OMNISCAN MX，探頭型號5L64-A2，靈敏度Φ2×40。檢測部位如圖1中焊縫示意圖，H1和H2筒體環(huán)焊縫常規(guī)超聲檢測發(fā)現(xiàn)的橫向缺陷。

H1-UT(1-6)缺陷數(shù)據(jù)分析：深度(20.18-38.31)mm，共有4處顯示，缺陷方向橫向，在位置3+(360～605)mm中選取2處最大缺陷顯示見圖3。

圖3 典型缺陷數(shù)據(jù)

1.4 衍射時差法TOFT無損檢測

儀器型號：ISONIC-2006，直通波的波幅為滿屏高的40%～80%。

表3 TOFT檢測結(jié)果

經(jīng)檢測的焊縫查出3處Ⅲ級橫向缺陷，如圖4所示。

圖4 TOFT無損檢測示意圖

圖5 取樣分析部位示意圖

2 金相檢驗與分析

儀器型號XF-800S對試樣進行機械拋光+4%硝酸酒精溶液進行預處理，依據(jù)GB/T13299-1991《鋼的顯微組織評定方法》對主體材質(zhì)15CrMoR/20MnMo進行金相分析。取樣部位如圖5所示。

(a)A點 500×顯微組織 (b)B點 500×顯微組織

圖6 金相照片

A點(15CrMoR)顯微組織為鐵素體+珠光體，未見異常變化。B點(20MnMo)顯微組織為回火索氏體，未見異常變化。對該臺高壓加熱器管板和第一筒節(jié)進行微觀金相檢驗，金相組織未見異常，管板組織為鐵素體+珠光體，筒節(jié)組織為回火索氏體。

3 缺陷性質(zhì)分析

本次高壓給水加熱器磁粉檢測，高壓給水加熱器在H1(B6)焊縫發(fā)現(xiàn)裂紋，經(jīng)金相檢驗，其裂紋為沿晶和穿晶走向，見圖7，因此判斷該臺高壓給水加熱器的表面裂紋應該屬于冷裂紋。根據(jù)高壓給水加熱器質(zhì)量證明書中的磁粉檢測報告，筒體焊縫在焊后、熱處理后均進行了表面磁粉檢測，Ⅰ級合格，均未發(fā)現(xiàn)超標缺陷，而本次檢測是在使用三年后，由此判斷表面裂紋應屬于冷裂紋中的延遲裂紋。但根據(jù)Z4(A4)焊縫上的橫向裂紋群，見圖8，其裂紋更像是冷裂紋中的淬硬脆化裂紋，由于裂紋細小，在制造時的磁粉檢測中可能未檢測出。本次檢測中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)部超標缺陷多為橫向面狀缺陷，高壓給水加熱器在H1(B6)、H2(B5)焊縫內(nèi)部發(fā)現(xiàn)埋藏超標缺陷，根據(jù)制造單位的分析，可能是制造時就已產(chǎn)生，應屬于淬硬脆化裂紋，但根據(jù)表面所發(fā)現(xiàn)的裂紋，也可能是延遲裂紋。

圖7 微觀金相裂紋

圖8 焊縫外表面橫向裂紋群

4 結(jié)論

經(jīng)對該臺高壓加熱器筒體外表面可檢焊縫100%磁粉檢測，在H1環(huán)焊縫管板側(cè)發(fā)現(xiàn)14處裂紋缺陷。對該臺高壓加熱器筒體對接焊縫可檢部位100%檢測，在H1焊縫發(fā)現(xiàn)16處橫向面狀缺陷；在H2焊縫發(fā)現(xiàn)1處Ⅲ級縱向缺陷，1處Ⅰ級縱向缺陷，2處橫向面狀缺陷。相控陣檢測對該臺高壓加熱器筒體H1、H2環(huán)縫超聲檢測發(fā)現(xiàn)dB值較高的9處橫向缺陷進行相控陣檢測，檢測結(jié)果與常規(guī)超聲檢測結(jié)果吻合，最大缺陷的自身高度20mm，最長為15mm。TOFT檢測 經(jīng)對H1環(huán)縫超聲檢測發(fā)現(xiàn)dB值較高的兩部位橫向缺陷進行檢測，測得缺陷顯示，缺陷綜合自身高度與相控陣超聲檢測基本吻合。

高壓給水加熱器管板表面有多處細小缺陷及焊縫內(nèi)部存在個別缺陷，缺陷的產(chǎn)生可能是以下幾個方面造成：

(1)在設(shè)備生產(chǎn)過程中，存在生產(chǎn)工藝控制不夠嚴格，對筒身表面缺陷及焊縫表面打磨不夠徹底，導致在現(xiàn)場檢查過程中高壓給水加熱器筒身及焊縫熔合線處存在線性顯示；

(2)設(shè)備在工廠生產(chǎn)時，因設(shè)備較大，較重，產(chǎn)品與滾輪架等在生產(chǎn)過程中由于轉(zhuǎn)動等因素，會產(chǎn)生壓痕等棱角較為明顯的線性缺陷；

(3)由于高壓給水加熱器壁厚較厚，每條焊縫會采用分層焊接，在每層焊接結(jié)束后，由于對表面藥皮清理不夠徹底，或者焊接時參數(shù)控制不當，焊接過快等因素，造成焊縫內(nèi)部存在未融合，因此在現(xiàn)場探傷檢驗時也會產(chǎn)生超標缺陷；

(4)在焊接結(jié)束后會進行整體熱處理以消除應力，可能由于熱處理爐內(nèi)部極個別區(qū)域存在熱偏差，設(shè)備在熱處理后局部存在應力未完全消除的情況，隨著運行后應力逐步釋放而在表面產(chǎn)生細小裂紋。

[1] 田景躍. 電廠高壓加熱器的檢測與修復[J].冶金動力, 2004(5):52-53.

[2] 楊 瑞. 高壓加熱器泄漏原因分析及處理[J]. 發(fā)電設(shè)備, 2005, 19(4):245-247.

[3] 王 賓. 含缺陷電廠壓力容器應力分析及安全評定[D]. 天津:天津大學, 2007.

(本文文獻格式：張恩斌，趙 超，陳世旺，等.無損檢測在高壓給水加熱器中的應用[J].山東化工，2016，45(24)：98-101.)

The Use of Nondestructive Testing in High Pressure Feed Water Heater

Zhang Enbin1,2,Zhao Chao1,Chen Shiwang2, Chen Yuhui3,

(1.School of Chemical Engineering , Fuzhou University, Fuzhou 350108,China;2.Fujian Special Equipment Inspection Institute,Fuzhou 350001,China;3.School of Energy and Power Engineering ,Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002,China)

High pressure feed water heater is widely used in firepower, nuclear power generation system, and it is running under the highest pressure. As the growth of the running time, under the coupling of load and medium the equipment easy to crack initiation, It brought great challenge to the safe operation of the power plant. In order to ensure the safely and economically operating of the power plant, reasonable testing the defects in high pressure feed water heater, a variety of NDT methods used. And the test results were analyzed, the rationality of the method were explored.

high pressure feed water heater; Non-destructive testing; crack defect

2016-10-31

張思斌(1980—)，福建漳平人，主要從事鍋爐壓力容器檢驗設(shè)備工程的研究與檢驗工作；通訊作者：陳宇慧(1986—)，女，黑龍江鶴崗人，講師，主要從事過程裝備與控制工程專業(yè)研究。

TK39

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1008-021X(2016)24-0098-04