抽水蓄能機(jī)組尾水鋼管安全檢測方法研究及應(yīng)用

呂程 姜楠

【摘要】尾水鋼管是抽水蓄能電站的主要結(jié)構(gòu)之一，在電站生產(chǎn)中發(fā)揮著十分重要的作用。尾水鋼管安全檢測是保證蓄能機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。文章介紹了蓄能機(jī)組尾水鋼管安全檢測的內(nèi)容與方法，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際對其在蓄能電站中的應(yīng)用進(jìn)行了說明。尾水鋼管安全檢測的方法為類似工作提供參考。

【關(guān)鍵詞】蓄能機(jī)組；尾水鋼管；安全檢測與評估；無損探傷

前言

抽水蓄能電站以其啟動靈活、工況轉(zhuǎn)換快速的特性在電網(wǎng)中起著調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相和事故備用的作用，作為抽水蓄能電站主要結(jié)構(gòu)之一的尾水鋼管，其安全運(yùn)行至關(guān)重要。隨著蓄能機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，尾水鋼管的安全狀況更加復(fù)雜，因此有必要對其進(jìn)行定期全面安全檢測，以消除安全隱患。本文以某抽水蓄能電站（以下簡稱“某蓄”）#3機(jī)組為例進(jìn)行說明。

1、某蓄#3機(jī)組尾水管基本情況概述

某蓄#3機(jī)組從投入運(yùn)行至今已二十余年，尾水鋼管狀況一直良好。#3機(jī)組尾水鋼管從機(jī)組中心線起至尾水事故閘門段可分為以下三部分進(jìn)行檢測、記錄：（1）尾水錐管、肘管及擴(kuò)散段——材質(zhì)為E28-4，鋼板厚30mm。（2）尾水鋼管直管段——材質(zhì)為16Mn鋼，鋼板厚14mm，涂層厚度250～300μm，共有14段安裝管節(jié)。各段安裝管節(jié)之間環(huán)焊縫為現(xiàn)場焊接；其中每段安裝管節(jié)由三段或兩段等長小管節(jié)在安裝車間焊接而成，各段小管節(jié)均由二至三張鋼板卷制焊接。（3）尾水鋼管圓變方段——材質(zhì)為16Mn鋼，鋼板厚18mm。

2、安全檢測項(xiàng)目

尾水鋼管安全檢測的檢測周期可分為首次檢測、中期檢測、折舊期滿檢測和特殊情況的檢測四種，具體檢測項(xiàng)目有巡視檢查、外觀檢測、材質(zhì)檢測、無損探傷、應(yīng)力檢測、振動檢測及水質(zhì)與底質(zhì)檢測等幾種幾種，本次重點(diǎn)開展以下三項(xiàng)：

2.1外觀檢測

外觀檢測包括焊縫及管壁表面檢測與腐蝕狀況檢測兩種類型。

2.1.1表面檢測方法及部位 表面檢測以目視檢查為主，對尾水鋼管內(nèi)壁的外觀形態(tài)進(jìn)行檢查，可借助放大鏡等工具檢查是否有微裂紋。發(fā)現(xiàn)的缺陷以拍照等方式進(jìn)行詳細(xì)記錄。重點(diǎn)檢查焊縫區(qū)、彎管、管壁表面凹坑或制造安裝時(shí)存在缺陷（已經(jīng)處理）的部位，同時(shí)應(yīng)關(guān)注是否有外壓失穩(wěn)跡象，即有無鋼管內(nèi)凹現(xiàn)象。

2.1.2 腐蝕狀況檢測方法及部位 腐蝕狀況檢測主要采用涂層測厚儀、超聲波測厚儀、游標(biāo)卡尺等工具進(jìn)行，對尾水鋼管各段涂層及鋼板厚度、銹蝕情況進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果可與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。檢測前對被檢表面應(yīng)進(jìn)行清理，以去除浮銹、油污及其它附著物。在檢測結(jié)果里應(yīng)記錄各段腐蝕部位及分布、蝕孔的最大深度和平均深度、腐蝕面積占管壁表面積的百分比等內(nèi)容。根據(jù)尾水鋼管布置情況，重點(diǎn)檢測焊縫區(qū)、彎管、支承環(huán)或加強(qiáng)環(huán)附近及岔管肋梁、管壁表面凹坑、人孔附近及焊補(bǔ)區(qū)域附近等存在應(yīng)力集中的部位。

2.2材質(zhì)檢測

鋼管主要材料牌號不清或?qū)ζ渑铺栍幸蓡枙r(shí)，應(yīng)進(jìn)行鋼管材料的材質(zhì)檢測?？赏ㄟ^光譜測量及硬度測量分析確定材料牌號，一般不進(jìn)行破壞性取樣。無論是否有材質(zhì)資料，鋼管運(yùn)行40年后必須進(jìn)行材質(zhì)檢測。對于破壞的管段，必要時(shí)還可采用金相分析等試驗(yàn)方法。

2.3無損探傷

尾水鋼管一、二類焊縫應(yīng)進(jìn)行無損探傷。

2.3.1無損探傷方法 對于表面有涂層的埋管，常采取超聲探傷方法對其環(huán)縫、縱縫進(jìn)行檢測。按《焊縫無損檢測超聲檢測技術(shù)、檢測等級和評定GB/T11345-2013》執(zhí)行，一類焊縫BI級合格，二類焊縫BII級合格。焊縫兩側(cè)一定范圍內(nèi)的涂層在超聲探傷前需打磨清理露出金屬光澤，超聲探傷完成后需按要求恢復(fù)兩側(cè)涂層。

2.3.2無損探傷工作量 根據(jù)《鋼支管安全檢測技術(shù)規(guī)程DL/T 709-1999》，一類焊縫使用超聲波探傷的長度不少于20%，二類焊縫使用超聲波探傷的長度不少于10%。

3、某蓄#3機(jī)組尾水鋼管安全檢測實(shí)例

3.1外觀檢測

3.1.1表面檢測 #3機(jī)組尾水鋼管外觀檢查正常，未見內(nèi)凹等變形，除尾水錐管、肘管段及部分管節(jié)連接處（主要為現(xiàn)場焊接）環(huán)焊縫兩側(cè)有輕微銹跡外，鋼管整體狀況完好。部分環(huán)焊縫兩側(cè)有輕微銹跡，推測為現(xiàn)場焊接時(shí)濺落焊渣未清除干凈導(dǎo)致。

3.1.2腐蝕狀況檢測 腐蝕狀況檢測主要采用DM5E型超聲波測厚儀（DA501探頭、聲速5900m/s）和Elcometer 456型涂層測厚儀（FNF探頭）進(jìn)行分段檢測。

鋼板厚度分析：根據(jù)制造及安裝資料記錄，尾水錐管、肘管段鋼板厚30mm，尾水鋼管直管段鋼板厚14mm。本次檢測抽檢各段鋼板厚度無異常。

涂層厚度分析：根據(jù)制造及安裝資料記錄，鋼管直管段、圓變方段各安裝管節(jié)刷涂鋁粉環(huán)氧煤瀝青漆、云鐵環(huán)氧煤瀝青漆各一遍，涂層標(biāo)準(zhǔn)膜厚300μm。制造記錄《涂層干膜厚度檢查報(bào)告》里顯示，直管段測量各涂層厚度在250～300μm之間，漆膜均勻，除局部有斑點(diǎn)外，其他部位均無斑點(diǎn)。

本次檢測抽檢各段涂層基本完整，局部輕微銹蝕：尾水肘管段部分測點(diǎn)涂層厚度在100μm左右，抽檢區(qū)域及其他銹蝕部位已全做補(bǔ)漆處理；直管段除部分管節(jié)外，涂層厚度基本在220～300μm之間或大于300μm；圓變方段抽檢測點(diǎn)涂層厚度均大于300μm。

各段管節(jié)鋼板及涂層厚度部分?jǐn)?shù)據(jù)如表2所示。

3.2材質(zhì)檢測

采用Niton XL2-800S手持式X射線熒光光譜儀對鋼板進(jìn)行材質(zhì)分析，分散選取5個(gè)部位進(jìn)行檢測。經(jīng)檢測，#3機(jī)組尾水鋼管檢測出金屬元素在設(shè)計(jì)材料16Mn對應(yīng)元素含量范圍內(nèi)，材質(zhì)檢測結(jié)果合格。

3.3無損探傷

3.3.1無損探傷工作量 基于某蓄#3機(jī)組尾水鋼管運(yùn)行十余年?duì)顩r良好，且排空水后進(jìn)行外觀檢測無異常，現(xiàn)暫按一類焊縫5%、二類焊縫2.5%的比例抽檢，屆時(shí)視檢測情況確定是否增加探傷比例。根據(jù)《#3尾水鋼管制造記錄》、《#3尾水鋼管安裝記錄》中統(tǒng)計(jì)，估算#3機(jī)組尾水鋼管的無損探傷工作量為21米，其中縱縫10米，環(huán)縫11米。

3.3.2無損探傷部位 超聲波探傷的重點(diǎn)是尾水鋼管制造及安裝時(shí)無損探傷發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷并修復(fù)處理過的部位。根據(jù)斜探頭單面雙側(cè)的檢測方式，探頭移動范圍為1.25P，其中P=2KT（K取2，T<40mm），則超聲波檢測前將焊縫兩邊各10cm（錐管、肘管段應(yīng)大于12cm）范圍內(nèi)的涂層清理干凈，去除表面凸點(diǎn)和雜物。

3.3.3無損探傷方法 超聲波探傷前一般先采用直探頭復(fù)核鋼板壁厚，然后換斜探頭對焊縫進(jìn)行檢測，檢測參數(shù)如表2。

3.3.4無損探傷結(jié)果 選定#3機(jī)組尾水鋼管5%的一類焊縫（環(huán)焊縫）、2.5%的二類焊縫（縱焊縫）進(jìn)行超聲波探傷，所選焊縫依次為3Z-3、3Z-5- Z1、3Z-7-左、3Z-7-右、環(huán)4-1等21處。經(jīng)檢測，鋼管所有受檢焊縫均合格，不再增加檢測比例；其中焊縫3Z-3、4-18-Z3、環(huán)4-23及4-34-Z3檢測出有點(diǎn)狀氣孔，但仍屬未超標(biāo)缺陷。

3.4結(jié)論與建議

3.4.1結(jié)論

根據(jù)檢測結(jié)果綜合評估，#3機(jī)組尾水鋼管整體狀況完好，滿足安全運(yùn)行要求，具體情況如表3。

3.4.2建議

（1）嚴(yán)格按照檢測周期規(guī)定對蓄能機(jī)組尾水鋼管進(jìn)行安全檢測，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

（2）電廠運(yùn)行或水工人員要做好平時(shí)巡視檢查工作，詳細(xì)記錄巡視檢查有關(guān)情況，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)研究、解決。同時(shí)，要做好尾水鋼管的防腐蝕工作，檢修人員對大、小修期間發(fā)現(xiàn)的局部銹蝕情況要及時(shí)處理，完善打磨、補(bǔ)焊、刷漆等每個(gè)細(xì)節(jié)，防止銹蝕情況加劇。

（3）尾水排空后尾水管內(nèi)路面濕滑，底部有時(shí)會有積水或流水，作業(yè)難度和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大，建議細(xì)化檢測流程、優(yōu)化檢修工藝，進(jìn)而確保人身安全、提高工作效率。

4、結(jié)語

尾水系統(tǒng)的安全事關(guān)水電廠的安全生產(chǎn)，運(yùn)行多年的鋼管進(jìn)行全面的安全檢測與評估至關(guān)重要。本文結(jié)合工程實(shí)際詳細(xì)介紹了蓄能機(jī)組尾水鋼管安全檢測的內(nèi)容與方法，希望能為類似工作提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] DLT 709-1999 .壓力鋼管安全檢測技術(shù)規(guī)程.北京：中國電力出版社，2000.

[2] NB/T 47013.3-2015 .承壓設(shè)備無損檢測 第3部分：超聲檢測.國家能源局，2015.