電站鍋爐熱管失效診斷方法探討

佟得吉

（中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100029）

鍋爐效能無法發(fā)揮的主要原因是受熱面的損壞，其常見失效類型包括受熱面本體材質(zhì)存在缺陷；鍋爐運(yùn)作的過程中因?yàn)殚L時間受到高溫以及高壓的作用力，而且鍋爐原先的設(shè)計就存在一些缺陷以及熱管受熱面的硬度和強(qiáng)度都明顯較弱等。電站鍋爐對于承壓類特種設(shè)備來說，其維護(hù)重任是不容忽視的，一旦電站鍋爐熱管出現(xiàn)失效，將造成整個系統(tǒng)陷入癱瘓，因此提高警惕，定期并且及時地進(jìn)行檢查是必要的。

1 電站鍋爐熱管受熱面失效

1.1 事故概況

某電站鍋爐型號為XD-220/9.8-Qg，額定蒸發(fā)量為220t/h，額定出口壓力為9.8MPa，額定出口溫度為540℃，燃燒方式為室燃（高爐煤氣、四角切圓）。從2015年的8月開始運(yùn)行不到一年的時間，就在2016年的6月18日～19日進(jìn)行了全面的安全檢查。四天后實(shí)施停爐冷卻，冷卻完畢就開始實(shí)施全方位的安全損壞檢測，一共檢查到了四處不符合要求。

1.2 失效診斷

（1）宏觀檢查。停爐冷卻后先是對電站鍋爐熱管的全面檢查，主要是汽包、主蒸汽管道以及各受熱面及對應(yīng)集箱部分。

（2）前期準(zhǔn)備。在檢查的前期，需要對電站鍋爐熱管汽包內(nèi)表面縱、環(huán)焊縫進(jìn)行拋光處理，還有就是主蒸汽管道以及各個集箱比較重要的地方和銜接處打磨拋光處理。之后再根據(jù)實(shí)際的情況選擇合適的檢測手段，對各項(xiàng)檢查輔助設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)，以確保后期的檢測結(jié)果失真率降低。

（3）無損檢測。分別用磁粉檢測、滲透檢測兩種方法對打磨拋光部位按照一定的比例進(jìn)行無損檢測，一共發(fā)現(xiàn)了4 處較為明顯的損壞，并做好了詳細(xì)的損壞記錄。

2 結(jié)果及分析

2.1 結(jié)果

（1）汽包管座角焊縫經(jīng)過滲透檢測發(fā)現(xiàn)裂紋1 處，該裂紋的長度大約是在50mm 如圖1 所示。通過裂紋損壞的專業(yè)分析，可以發(fā)現(xiàn)是該地方由于經(jīng)常性的受到同一種力量的碰撞而導(dǎo)致的開裂現(xiàn)象，稱為疲勞裂紋。

（2）汽包省煤器再循環(huán)管孔經(jīng)過滲透檢測發(fā)現(xiàn)裂紋的長度雖然不大，但是數(shù)量較多，平均的長度大概是在10mm 如圖2 所示。通過損壞原因的分析，也確定了此處的裂紋是疲勞裂紋所導(dǎo)致。

（3）水冷壁集箱封頭焊縫通過磁粉檢測發(fā)現(xiàn)了較為密集而且長度大約在6.9mm 左右的裂紋1 處，如圖3 所示。通過專業(yè)化的評估，可以確定此處的裂紋是最開始進(jìn)行焊接的過程留下的“后遺癥”，因?yàn)楹附訉?dǎo)致了物體內(nèi)部的原子結(jié)合被破壞，發(fā)生了重組現(xiàn)象，也就形成了這種密集的裂紋。

（4）圖4 為主蒸汽管道經(jīng)磁粉檢測發(fā)現(xiàn)一處大約20mm的裂紋。通過損壞評估，確定這個裂紋同樣是受到長期持續(xù)的同種作用力而形成的，歸類為疲勞裂紋。

圖1 汽包管座角焊縫

圖2 汽包省煤器再循環(huán)管孔裂紋

圖3 水冷壁集箱封頭焊縫裂紋

圖4 主蒸汽管道裂紋

2.2 失效分析

（1）通過磁粉檢測方法，發(fā)現(xiàn)裂縫的數(shù)量比較多，而且長度集中在8mm 左右。通過裂紋原因的評估，發(fā)現(xiàn)這類損壞是屬于延遲裂紋的范疇。何謂延遲裂紋，主要就是焊接的地方會在冷卻后一段時間發(fā)生形變，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。延遲裂紋是冷裂紋的一種常見缺陷，這種缺陷產(chǎn)生的主要原因是塑性儲備、應(yīng)力狀態(tài)以及焊縫金屬內(nèi)的氫元素與其他物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了焊接處的縫隙。正常情況下，焊接后的短時間內(nèi)不會出現(xiàn)裂縫，主要是冷卻后的數(shù)小時或是數(shù)天后才會形成裂紋。這種裂紋需要及時地發(fā)現(xiàn)并且處理，不然其快速擴(kuò)散的特點(diǎn)容易造成更為嚴(yán)重的問題，所以發(fā)現(xiàn)之后需要加急處理，即便是第一次處理沒有全面，后期還是要做一定的返修處理。

（2）通過TOFD 檢測方法查出了8 個地方存在嚴(yán)重的安全隱患如圖5 所示，為了進(jìn)一步評估這種裂紋的性質(zhì)，又使用了X 射線對這幾處地方進(jìn)行對比如圖6 所示，通過對比發(fā)現(xiàn)了有一處裂紋比較嚴(yán)重，屬于未熔合的缺陷，未熔合，顧名思義就是焊接的過程中，焊道金屬與本體金屬沒有完全貼合在一起。這種缺陷是非常嚴(yán)重的問題，試想一下，當(dāng)壓力容器運(yùn)作時，容器內(nèi)部會承受極強(qiáng)的壓力，如果焊接處不融合，那么就會導(dǎo)致爆炸等及其危險的事故發(fā)生。

圖6 射線檢測缺陷圖

2.3 預(yù)防措施

（1）造成延遲裂紋的原因有很多，其中鋼種淬硬傾向是主要原因，造成這種缺陷的概率也就更大；因?yàn)槲镔|(zhì)中的氫元素是有一定延遲效果的，由于氫元素的綜合反應(yīng)導(dǎo)致的延遲裂紋，被叫作是氫致裂紋，也稱氫誘發(fā)裂紋。為了根除這種缺陷，就需要做好提前的防范工作，可以采取以下幾種措施，首先是焊接方法的選擇，可以選用低氫焊接材料、低氫焊接，另外，就是對氫元素的來源加強(qiáng)調(diào)控，烘干焊條消理焊件焊絲能夠確保氫元素的來源是可控的?？刂茪湓氐膩碓词穷A(yù)防措施的一種，其次就是依靠合金元素來提高材料的塑性，進(jìn)而預(yù)防裂紋的產(chǎn)生。當(dāng)然選擇合適的焊條，比如奧氏體組織焊條就能很好地防止延遲裂紋的出現(xiàn)。

（2）未熔合屬于面積性的缺陷，這種缺陷的危害會導(dǎo)致受壓面積減小，面積減小后，壓力會更加集中，一旦裂縫的承受能力不強(qiáng)，就容易爆炸。這種缺陷的原因更多的是由于焊接的部位存在雜質(zhì)，焊接絲的電壓電流都不符合標(biāo)準(zhǔn)：焊接工作人員為了提高效率就私自加強(qiáng)電流等。預(yù)防這種問題的措施首先是必須嚴(yán)格的按照選材標(biāo)準(zhǔn)去篩選，確保焊接位置的清潔，然后采用更高的電流電壓加以標(biāo)準(zhǔn)化的焊接，才能保證該缺陷的根除。

3 結(jié)語

電站鍋爐熱管裂紋是主要的缺陷，一般是發(fā)生在焊接冷卻的過程中，由于受到應(yīng)力的作用發(fā)生形變，還有可能是在日常使用的時候，頻繁地受到一種作用力的碰撞而導(dǎo)致缺陷，這類缺陷的出現(xiàn)概率最高，維護(hù)不當(dāng)也會發(fā)生巨大的事故，因此危險性也最強(qiáng)。另外，電站鍋爐熱管未焊透缺陷主要是焊接的過程中，金屬和材料沒能完全的貼合，中間存在一定的縫隙，這種缺陷危險性也很高，爆炸事故多數(shù)是這種缺陷引起的。未熔合，指熔焊時焊道與母材之間或焊道與焊道之間，因熔化不完全而斷開的部分。

綜上所述，通過失效診斷，能夠幫助維護(hù)人員更好地了解電站鍋爐熱管運(yùn)行情況，并且通過相關(guān)檢測手段，以及記錄的數(shù)據(jù)情況，做出綜合性的分析，明確熱管裂縫產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的解決對策。