电站锅炉中大管径弯头在役超声检测探讨

电站锅炉中大管径弯头在役超声检测探讨

宋磊,脱永峰

山东电力建设第三工程有限公司  山东青岛  266100

摘要：电站锅炉中大管径弯头因其结构特征及高温高压水蒸汽冲刷，易成为薄弱部件；服役阶段弯头A型脉冲式超声检测是电站锅炉质量控制的重要手段。

关键字：电站锅炉；弯头；在役；超声检测

1引言

电站锅炉中大管径弯头作为火力发电厂电站锅炉重要部件，因其结构特征及长时间受高温高压水蒸汽冲刷，服役阶段弯头易成为薄弱部件。相较于其他无损检测方法，A型脉冲反射法超声检测在服役阶段弯头检测中具有便捷性、经济性、可操作性、结果可靠性等优势，因此服役阶段弯头A型脉冲反射法超声检测是电站锅炉质量控制的重要手段。

2在役超声检测必要性

截止2020年，国内火电装电容量达124517万千瓦时，我国火电装机总量及超临界电站锅炉装机容量均居世界第一。尤其是近年来，620℃超超临界机组蓬勃发展，目前已有数十台600/620℃超超临界机组投入运行，远高于世界其他国家。高参数大型化是目前大型电站锅炉主要特征，电站锅炉是火力发电的心脏，其可靠运行与国民经济、安全息息相关。

我国超（超）临界火力发电机组的快速发展，对电站锅炉服役阶段金属监督技术水平、保障机组的安全运行尤其是弯头质量保障提出了更高的要求。TSG 11-2020《锅炉安全技术规程》附件J“锅炉内部检验项目”中，也相应规定了锅炉范围内管道：主给水管道、主蒸汽管道、再热蒸汽管道和主要连接管道的裂纹检查内容，电站锅炉服役阶段弯头作为电站锅炉中的薄弱部件，为确保机组正常运行，应进一步明确电站锅炉中大管径弯头在役超声检测的必要性及重要性。

3在役A型脉冲反射法超声检测

相较于其他无损检测方法，A型脉冲反射法超声检测（下文简称A超）在服役阶段弯头检测中更具有便捷性、经济性、可操作性、结果可靠性等优势，下面就服役阶段弯头A超技术特点、检测原理、缺陷评判等几方面进行简要叙述：

3.1 服役阶段弯头形成缺陷特征

电站锅炉中大管径弯头在高温高压环境下长时间服役，局部温度可达到620℃，极易在弯头背弧处产生高温高压水蒸汽冲刷及应力集中，由于弯头背弧处热膨胀系数差异、结构应力过大、长时间服役等因素，在弯头背弧侧内壁易产生沿垂直于弯头内壁方向发展的疲劳裂纹。与此同时，电站锅炉在运行阶段由于非正常启停、水汽质量异常、管道震荡等原因也加速了裂纹扩展，从而导致裂纹扩展至弯头内部甚至表面，情况严重时甚至会发送脆性断裂，对电站锅炉安全运行产生较大危害。

3.2 A超端角反射原理

在弯头背弧侧内壁易产生沿垂直于弯头内壁方向发展的疲劳裂纹，其裂纹扩展方向与弯头背弧侧内壁接近于垂直，类似于端角┛结构。按照A型脉冲超声波传播原理，并参照NB/T 47013.3-2015第8章节“在用承压设备超声检测方法”，应优先选择K1探头（探头折射角45゜），此时在弯头外壁检测内壁裂纹检测灵敏度较高。A超端角反射示意图如图1所示：

3.3 弯头A超方法操作要点

（1）应选用小晶片尺寸探头，必要时应修磨探头，保证探头与被检测面耦合良好，弯头背弧侧应沿弯头轴向及周向两个方向、以弯头背弧顶点为对称点进行四个方向的锯齿形扫查，为确保检测时超声波声束能扫查到弯头背弧的整个被检区域，探头的每次覆盖范围应大于探头宽度的15%，检测示意图如图2、3、4所示：

（2）电站锅炉中大管径弯头在役A超检测应采用一次直射波检测，首先应确定弯头背弧侧厚度T。弯头背弧侧裂纹一般从内壁某处尖端沿近似垂直方向扩展，如发现缺陷，缺陷位置信号一般应＜T；服役阶段弯头背弧侧内壁裂纹为面状缺陷，其具有方向指向性典型特征，依据A型脉冲式超声检测原理，应结合缺陷位置、缺陷信号类型、波幅、指示长度等因素综合评判，具体如下：

1）小于弯头背弧侧厚度T范围内，缺陷波幅在判废线上6dB且指示长度≥10mm（弯头背弧侧测长应考虑指示长度修正）时，该缺陷应为面状指向性缺陷；

2）小于弯头背弧侧厚度T范围内，最大反射波幅Hmax在定量线或定量线以上（距离波幅曲线Ⅱ区），且当使用不同K值（折射角）斜探头时，最大最大反射波幅Hmax与最小反射波幅Hmin的差值≥9dB；或当使用斜探头和一个直探头检测时，该差值≥15dB时，该缺陷应为面状指向性缺陷；

3）小于弯头背弧侧厚度T范围内，超声波检测仪显示屏上均呈一个单一且参差不齐的回波波形，探头移动时，回波幅度显示出如NB/T47013.3-2015附录Q中波形模式Ⅱ或Ⅲ的不规则起伏变化时，该缺陷应为面状指向性缺陷；

4）如有必要，也可借助其他无损检测方法进一步确定缺陷类型，如射线检测、衍射时差法超声检测等。

4结论

2021全年，公司借助山东省省内电站锅炉定检契机，先后在国能聊城电厂、华电莱州电厂、日照岚山煦国电厂、魏桥电厂、大唐鲁北电厂、华能日照电厂、华电潍坊电厂、大唐青岛黄岛电厂等8家电厂、大量应用了电站锅炉中大管径弯头在役A型脉冲反射法超声检测，效果显著、方法较为成熟，可以较好满足电站锅炉中大管径弯头服役阶段质量控制要求。

5 参考文献

［1］NB/T 47013.3-2015《承压设备无损检测 第3部分：超声检测》

［2］TSG 11-2020《锅炉安全技术规程》