火力发电厂锅炉水冷壁管氢损伤超声检测工艺的研究及应用分析陈鸿志

火力发电厂锅炉水冷壁管氢损伤超声检测工艺的研究及应用分析陈鸿志

陈鸿志

青岛市产品质量监督检验研究院青岛市深圳路173号266061

摘要：火电厂锅炉水冷壁管在运行过程中可能会出现氢损伤状况，水冷壁管氢损伤会促使超声波在传播过程中的特性发生相应的改变，氢损伤区域晶之间存在着裂纹，这会减少金属之间弹性的模量，促使传播的超声的横波以及纵波的速度降低。因此，本文主要探讨火力发电厂锅炉水冷壁管氢损伤检测工艺，为充分发挥水冷壁管氢损伤检测工艺的作用，最终提升火力发电厂工作效率。

关键词：火力发电厂锅炉；水冷壁管氢损伤；超声检测工艺；研究及应用

0.引言

水冷壁管氢损伤的主要原理是因为炉水发生了局部性的浓缩，出现浓酸性腐蚀，最终导致管壁表面的保护膜下落，并与金属发生相应的反应，其中的一部分氢会进入到管壁中，与金属反应产生脱碳的现象，晶间产生裂纹。当腐蚀的时间比较长时，这些晶间的裂纹会不断地连接最终形成更大的裂纹，氢损伤的区域范围也会不断地扩大，这直接会影响火电厂工作的顺利进行。因此，对火力发电厂锅炉水冷壁管氢损伤检测工艺进行研究，并探讨其实际的应用例子具有重要的现实意义。

1.水冷壁管氢损伤超声检测系统

1.1水冷壁管氢损伤超声检测系统概念

水冷壁管氢损伤会促使超声波在传播过程中的特性发生相应的改变，氢损伤区域晶之间存在着裂纹，这会减少金属之间弹性的模量，促使传播的超声的横波以及纵波的速度降低。水冷壁氢损伤区域晶间存在裂纹还会增加金属的散射衰减量，促使其管理内部表面的反射能量以及回波反射的次数减少。最后，冷壁管氢损伤区域间存在裂纹增加了声阻抗相差的界面，并且晶体界面取向存在着差异性，这会进一步增加超声波能量的散射范围，也是增加了背散射能量。

1.2水冷壁管氢损伤超声检测的方式

因为氢损伤产生会晶间裂纹，这进一步降低了超声波传播的速度，促使底面回波在传播的过程中衰减，而背散射在传播过程中增加。所以，可以通过对声速减少、底波衰减以及背散射增加这几个方面的特征进行研究，最终确定水冷壁管是否实际存在氢损伤。主要用于检测水冷壁管氢损伤的超声检测方式主要包括声速法、衰减法、背散法。

（1）声速检测方式。通过对声速的变化进行检测，这样能有效地检查出冷壁管是否存在着氢损伤情况。但是采用比较机械的方式对水冷壁管的厚度进行检测，同时计算出超声波在材料中的声音传播速度是比较困难的，也难以求出水冷壁管产生氢损伤的厚度。（2）衰减检测方式。当超声波在氢损伤的金属材料中传播时，其会因为晶粒的散射衰减作用，从管子表面射入，由于衰减的作用力比较强，观察底面反射波的高度也会高于完好部位。所以，借助衰减值对是否发生氢损伤进行判断是非常有效的一种方式。但是，因为材料的性质、物体的形状以及材料内外表面的实际状态都会影响衰减值。（3）背散射检测方式。主要是利用超声纵波方式进行检测，其在部件制造缺陷检测过程中应用得范围比较广。这种检测方式还可以应用于水坑壁管是否发生氢损伤中，并且在检测氢损伤过程中能有效地发挥其自身的灵敏性。在使用仪器的过程中能够同时观察到背散射回波以及内表面的回波。所以，利用背散射法能有效地监测处氢损伤区域的厚度以及相应的范围，氢损伤区域的范围主要是根据背散射回波幅度来判断的。与此同时，内表面的状态都不会影响到背散射检测准确性。所以，采用背散射法对水冷壁管是否存在氢损伤状况进行检测是非常可行的。

1.4超声波波形

通过超声理论可以得到，相同频率的纵波波长要长于横波波长。而横波的声束扩散角要小于纵波的扩散角，其纵向、横向的分辨率要大于纵波，可以检测出来的最小的缺陷范围以及损伤区的厚度都小于纵波。通常而言，一般的市场上没有直探头的横波，所以只有选择纵波进行检测。

1.5超声波频率

最小缺陷尺寸主要是由超声波的频率来决定的，频率越高的话，其最小缺陷尺寸就会更小。所以，在对水冷壁管轻损伤进行检测时，尽量选择频率比较高的设备。但值得注意的是，当检测频率越高时，其频率衰减度也会越严重。对于一些厚度比较厚的水冷壁管，采用这种频率高的检测方式会降低检测的准确性，缩小检测的范围。在对水冷壁管进行内部氢损伤检测过程中，将超声波频率控制在10—15MHz最为适宜。

1.6探头晶片尺寸

探头晶片的尺寸会直接对声束的扩散角、进场区长度以及超声波的能量造成影响。当晶片的持续越大时，声束的扩散角就会越小。当进场区的长度越长时，超声波的能量就会越大。在选择探头晶片的尺寸时，其需要结合晶片的形状与厚度进行选择。水冷壁管因为其厚度比较小，曲率比较大，其需要选择一些比较小尺寸的晶片，同时加上一定长度的透声砌块，这样能有效减少进场区的影响。在对水冷壁管内壁的氢气损进行检测时，最好选择6—10mm的晶片。

2.火力发电厂锅炉水冷壁管氢损伤超声检测工艺的应用实例

2.1几个氢损伤检测应用实例

火力发电厂锅炉水在运行的过程中其不同的位置可能会出现爆管的情况，通过不断地检查与分析表明：金相组织之间会存在着晶间裂纹、珠光体，裂纹之间还会存在着明显的脱碳的情况。因为水利发电厂的锅炉在运行的初期就会有大量的树脂进入到水系统中，导致其失效的原因就是因为氢损伤。通过进一步检测发现，水冷壁管冷灰斗可以高度33m，其内壁管段会存在着氢损伤。在2005年，我国某电场引进的锅炉水冷壁管主要是因为酸洗的原因，导致其污垢出现二次沉积，最终导致污垢下面出现局部性的浓酸腐蚀。这可能是因为大面积的氢损伤造成的，为了证明这点。可以采用氢损伤检测仪器对水冷壁管左右墙的高温区都进行检测，结果确定其是否是因为氢损伤导致的。再如：河南某电厂水冷壁管接连很多次都发生了爆管的情况，经过分析后发现是因为氢损伤造成的。采用氢损伤检测仪器全面性地检查炉膛高温区域水冷壁管，检测发现一共出现13处氢损伤区域，通过对其进行及时性地处理，最终将以下安全隐患消除掉了。另者，某厂600MW机组锅炉在连续运行的168小时以后，亲卫高温过热器中间的管屏温度过高，最终产生了爆管的情况。通过进一步地检测发现是由于异物将爆管堵塞，在高温比较高的情况下进口联箱内爆管附近的地方发现了一个铁条，采用光谱分析方式发现，这种铁条是碳钢。

2.2爆管原因具体分析

以上讲述了几个爆管的实际例子，其共同点嗾使异物堵塞了管道，最终导致过热器的温度过高，异物属于扁钢，在这种情况下，异物的尺寸和宽度差不过都相同。再通过进一步研究发现，在生产制造锅炉的过程中，如果高温过热器入口联箱两端的位置处都设计一个减温器，减温器内套筒是分段连接的。内套桶段拼接下面衬扁状的钢垫板，垫板与内套筒之间会存在着几个固定焊点，在拼接文笔以后就能作为一个长时间固定在内套筒中的零件了。在实际运行过程中，因为联箱内的蒸汽具有冲击的作用，并且高温过热器联箱内部的蒸汽温度比较高，这促使钢垫板的强度降低，最终促使扁状的钢垫板脱落并将管子堵塞，最终因为高温过高而出现过热器爆管的情况。

3.结语

综上所述，由于高温过热器入口联箱内扁钢垫板脱落，这会导致过热器管阻塞，温度过高，最终发生爆管等相关事故。为了减少爆管行为的发生，需要做好内套管拼接工作，减少安全隐患的发生。同时，在采用同类型号的高温过热器时，相关人员需要采用内窥镜对过热器入口联箱进行检查，将爆管的潜在因素排除掉。最终促使火力发电厂能够顺利地开展工作，提升工作效率。

参考文献：

[1]马剑民.火力发电厂锅炉水冷壁管氢损伤超声检测工艺的研究及应用[J].热力发电，2009，04：84-86+91.

[2]马剑民.火力发电厂锅炉水冷壁管氢损伤及其超声检测[A].陕西省机械工程学会.陕西省第十届无损检测年会论文集[C].陕西省机械工程学会：，2006：5.