锅炉检验中的常见缺陷与无损检测技术研究

1、 锅炉检验中的常见缺陷与无损检测技术研究 摘要:在工业技术的快速发展下，锅炉成为了工业运营中不可或缺的一部分。不过目前锅炉情况较为复杂，为给工业运营提供保障，使锅炉发挥其作用，都会倡导工人提前进行锅炉检验，并根据问题提出解决措施，进行整改。本文就锅炉检验、锅炉检验中的常见缺陷、锅炉检验中无损检测技术的运用进行了简单阐述。关键词:锅炉检验;常见缺陷;无损检测技术1.锅炉检验中的常见缺陷1.1水垢锅炉加热时常会用到水这一介质，而加热时会产生水蒸汽，这就导致锅水中的钙元素、镁元素越来越高，并且其溶解度会在温度升高时逐渐降低，在达到一定浓度后产生固体沉淀，形成水垢。水垢会对热传递造成影响，在无形之间增

2、加能量消耗，使锅炉受损，从而造成安全事故。1.2腐蚀1.2.1锅炉水冷壁高温腐蚀燃煤锅炉水冷壁高温腐蚀机理复杂，简言之与三个因素有关:一为炉膛火焰的温度，二为燃煤含硫量，三为烟气及灰分颗的冲蚀。鉴于燃煤中含有硫及其他有害物质，所以其在燃烧过程中发生了反应，产生了的so2、so3、h2s、hcl、碱金属盐及钒盐类，由于这些化学物质是在不同温度下产生的，所以其可于各种温度下对管壁进行动态化腐蚀。在整个高温腐蚀过程中，硫为主要因素。首先，烟气中的硫化氢会与管壁金属发生反应，从而产生腐蚀。具体来讲，含硫物于金属（锅炉为金属物制成）高温下可产生单原子硫，其可与管道中的铁产生反应，从而生成硫化铁。其次，不

3、可燃硫于高温下可生成硫酸盐，其可混入灰分中，熔敷于管壁表面，导致水冷壁管的有用壁厚的变薄，有效承载能力持续下降，最终形成腐蚀。此外，高温烟气会以8m/s以上的速度对管壁造成冲击，使烟气腐蚀与灰粒冲刷对金属表面交替造成损害，使管壁变薄。1.2.2过热器及再热器高温腐蚀在锅炉过热器及再热器的金属避免内灰层中，富含着大量碱金属，其在高温下会产生化学反应，从而对金属壁面造成腐蚀。因此，在锅炉正常运行中，需注意过热器及再热器温度。1.2.3锅炉尾部受热面低温腐蚀锅炉正常运行所需燃料中含硫是不可避免的问题，其在燃烧过程中会产生二氧化硫及三氧化硫。当三氧化硫碰到烟气中的水蒸汽，便会产生硫酸蒸汽。若硫酸蒸汽露

4、点高于锅炉尾部受热面壁温时，硫酸蒸汽便会凝结为酸液挂于锅炉壁面上，对受热面造成腐蚀。1.3变形锅炉部件会在长时间运行中出现变形。其根本原因为锅炉部件于长期高温下进行工作，并且产生较多水垢，时间一长就会造成膨胀、变形，使变形部位应力集中与结构出现不连续情况，并出现一些其他缺陷，比如裂纹。最常见的锅炉变形为筒体鼓包、膨胀，蠕变变粗，受外压部件出现扁瘪、内陷，管板鼓起等。2.锅炉检验中无损检测技术的运用2.1射线检测射线检测是无损检测技术中的一种，常用于中的焊接接头内部缺陷检测，譬如裂纹、未焊透、气孔等。常运用于锅炉检测中的射线检测方法为x射线检测，因为其可以对锅炉部件较薄的部件、对接焊缝进行检测，

5、可以直观的将缺陷情况进行反应，反应内容包括但不限于形状、位置、性质、大小。底片可长期保存，便于溯源。检出率最高的是体积类缺陷，x射线只需要进行透照，便可根据厚度差距判断出是否出现了缺陷。面积型缺陷检测需要遵循一定的方法，即射线与裂纹方向保持平行。不过射线检测的成本太高、速度慢，在进行检测时需要与构件两面接近，所以在实际应用中会受限。除此之外，射线还会对人体造成一定的损害，所以在利用射线进行检测时需要将防护措施做好。2.1.1x射线检测原理借助x射线通过锅炉衰减程度及被检测部位的材质、厚度、缺陷性质等特性在胶片上形成不同黑度的图像，借助x射线衰减程度判断是否出现了差异。假设x射线的强度为io，其

6、平行通过了厚度为d的检测试件，倘若其表面有凸起，其高度为h，那么x射线强度将减弱为:ihioe-（d+h）。又如，x射线检测厚度为x的试件时，其存在某种缺陷，吸收系数为，射线通过后强度将减弱为ixioe-（d-x）+x。当缺陷吸收系统比试件本身线吸收系数小时，ihidix。与此同时，试件另一面将形成不均匀的射线强度分布图。借助一些手段，这些不均匀射线强度可变成电信号指示、记录、显示，通过这些内容，可判定试件内部质量，做到无损检测。1-1 x射线检测原理2. 1.2x射线检测方法在利用x射线进行检测时，照相法为最常用的方法。简言之，就是借助摄像感光材料（常指射线胶片）放在被透照的试件背面，使其接

7、受透过试件的x射线（图1-2）。通过曝光和暗室处理，胶片上可以显现出物体结构图像。以胶片图像形状及不均匀的黑度程度，可评定其是否存在缺陷，若存在缺陷，可直接呈现其位置、大小、形状、性质。不过照相法有时无法满足生产及科研需要，这时可将放大、闪光摄影利用起来，弥补其不足。1-2 x射线照相原理示意图2.1.3曝光参数的选择2.1.3.1射线硬度射线硬度指射线穿透力，通常由射线波长决定。简言之，射线波长短，那么其硬度就大、穿透力就强，对物质的吸收系数就小。管电压决定着x射线波长长度，即:管电压高波长短。由于x射线硬度可对胶片成像质量产生一定影响，所以选用x射线对锅炉进行检验时需将射线强度选择重视起来

8、。一般来讲，工业射线透照都是希望胶片影像对比度尽量高，为检查质量提供保障。所以在进行工业射线透照时，需选择硬度较软的射线。但若目的为一次曝光接近材料厚度，便可采用硬度较强的射线。2.1.3.2射线的曝光量一般来讲，选择管电流及曝光时间时，会在设备允许范围内选择较大管电流，从而缩短曝光时间、减少散线影响。另外，x射线以一个直锥的形式从窗口辐射出来，空间中每一点的分布强度到该点到焦点的距离平方成反比（图1-3）。即:i1/i2（l2）/（l1）。1-3 射线强度与曝光距离关系2.1.3.3射线照相对比度射线图像的质量是由对比度、模糊度和粒度决定的。图像对比度是射线图像的两个相邻区域之间的黑度差。图

9、像的对比度决定了在射线照相方向上可以识别的细节，图像的不清晰度决定了在射线照相方向上可以识别的细节大小，图像的颗粒大小决定了可以记录的最小细节大小。2.2渗透检测渗透检测的用途为检测部件表面，并反馈出其缺陷。渗透检测操作较为简单，常用的渗透检测方法有荧光着色法、荧光法、着色法，而与其相匹配的显像剂有湿式和干式两种。另，在运用过程中发现了渗透检测的一些问题，即耗时长、检测灵敏度不高、有毒等。着色渗透检测时，应在白光下进行缺陷显示评价。当现场使用便携式设备检测时，由于条件不能满足，可见照度可适当降低，但不得低于500lx。荧光渗透检测时，应在暗室或暗处进行缺陷显示评价，暗室或暗处白光照度不应大于2

10、0lx。检测人员进入暗区，暗适应至少3min后，荧光穿透检测。测试人员不应佩戴可能影响测试的眼镜。当识别精细显示时，可使用放大镜进行观察。如有必要，应进行复检。2.2.1检测结果评定及质量分级2.2.1.1检测结果评定显示分为相关显示、非相关显示和假显示。不相关显示和假显示不需要记录和评估。小于0.5mm的显示器不视为缺陷，但经确认为外部因素或操作不当造成的显示器除外。当长轴方向与工件(轴或管)轴线或母线夹角大于或等于30时，按横向缺陷处理，其他缺陷按纵向缺陷处理。如果长宽比大于3，则将缺陷视为线性缺陷。长宽之比小于或等于3的缺陷显示，按照圆形缺陷处理。当两个或两个缺陷与上部缺陷在同一直线上线

11、性显示，间距不超过2mm时，两个缺陷的长度为两个缺陷加上间距之和。2.2.1.2质量分级不允许有裂缝和白点。紧固件和轴类零件不允许出现任何横向缺陷。焊接接头的质量分类按表1进行。表1 焊接接头的质量分级等级线性缺陷圆形缺陷(评定框尺寸为35mm100mm )l1.5d2.0. 且在评定框内不大于1个大于级注: l表示先行缺陷显示长度，mm；d表示圆形缺陷显示在任何方向上的最大尺寸，mm。其他部件的质量分级评定见表 2。表2 其他部件的质量分级等级线性缺陷圆形缺陷(评定框尺2500mm2，其中一条矩形边的最大长度为150mm）不允许d2.0，且在评定框内少于或等于1个l4.0d4.0，且在评定框

12、内少于或等于2个l6.0d6.0，且在评定框内少于或等于4个大于级注: l表示线性缺陷显示长度，mm；d为圆形缺陷显示在任何方向上的最大尺寸，mm。2.3超声检测超声检测可通过超声波的声束对部件的内部、表面、近表面的缺陷进行检测，在锅炉检测中有非常广泛的应用。不过超声波检测也存在一定的缺陷，譬如检测条件要求较高，如果检测部件表面较为粗糙就会对检测结果造成影响。2.3.1检测特殊结构的方法某火电厂200mw机组，过热蒸汽压力13. 7mpa，再热蒸汽压力2.3 mpa。其中低温再热器出口穿墙管材质为12cr1movg，规格为42x3.5，结构如图2-1所示。在停炉消缺时，发现低温再热器出口穿墙管

13、有泄漏痕迹。2-1 低温再热器穿墙管结构示意图根据裂纹主要发生在管道下部外表面的特点，现场管排均匀分布，常规无损检测方法不适用。由于存在密封焊缝和穿墙套管的阻碍，缺陷不能直接可见，不能进行渗透检测和磁粉检测；有机壳和隔离墙阻挡，不能进行射线检测；在现有条件下，只能选择超声检测，而nb/t 47013.3和dl/ t 820中管材壁厚下限为4mm。在这种特殊的结构条件下，对图2-1中a点产生的裂纹采用一次反射波检测方法。选择前端短的探头，确保直接波和次反射波能够穿过焊缝，可实现对a点的单边扫查。以dl/t 820-2002中的dl-1试块为标准试块，对dac曲线进行调整。实际截下的漏管段为对比试

14、块。根据裂纹源位于管道下部的特点，着重对管道下部进行超声波检测。根据该方法在实践中的应用，检测了111排低温再热器穿墙出水管，发现有反射信号的3排管道进行了更换。如图2-2所示，反射信号深度为7.0mm，位于管道外表面，水平距离为12.7mm。图2-3为切割管的宏观裂纹形貌。2-2反射信号波形图2-3 裂纹宏观形貌2.3.2检测特殊材质的方法某火电厂一期工程由两台1039mw超超临界机组组成。1#锅炉是超超临界参数变压运行、单炉膛、半再热、平衡通风、固体排渣、全钢架、全悬挂结构、篱式燃烧方式的直流锅炉，锅炉采用半露天、型式布置。锅炉蒸汽压力为26.25mpa，最大连续蒸发为3033t/h，主蒸

15、汽/再热蒸汽温度为605/603。在机组13年的运行过程中，高温过热器发生泄漏。泄漏部位为高温过热器t91侧焊缝的熔合线，如图2-4所示。高温过热器规格为45mmx7mm，对接材料为t91/tp347h。经测试，t91侧母材的硬度为hb168，而热影响区显微硬度大于hv450。2-4 高温过热器裂纹宏观形貌t91钢属于马氏体钢，具有淬火倾向，冷裂敏感性高。焊接过程中，焊接接头主要存在冷裂纹和过热脆化现象。tp347h是奥氏体不锈钢耐热钢。组织为单相奥氏体，焊接后无硬化倾向。焊接过程中，容易出现晶间腐蚀。应力腐蚀开裂和焊接热开裂。焊接t91和tp347h异种钢时，熔合线附近的化学成分、金相组织、

16、力学物理性能不均匀。为了减少扩张引起的热应力差异，可选择镍基焊条。根据对接焊缝的开裂特点，确定先进行溶剂去除型渗透检测，再进行超波检测。对合格的焊接接头重新加热。热处理后，测试t91侧边热影响区硬度。在t91侧进行单侧和单侧超声探伤，可以避免奥氏体不锈钢的影响，保证探伤质量。为了保证探头的指向性和提高分辨率，根据小管的壁厚，选择2.5k的短前沿横波斜探头。为保证探头与管壁的结合效果，应对探头进行抛光处理。标称折射率为k2.5的探头在t91钢中实际折射率达到了k3。因此，所选的探头不应超过k2.5，并经常进行校准。同时，随着探头折射角的增大，容易产生表面波。扫查时，用手指轻敲探针前面的管子表面。消除面波的影响，防止误判。仪器选用cts-22超声探伤仪，扫描深度比为4:1。检验方案经有关部门批准后，对类似材料的高温过热器出口管、板式过热器出口管、高温再热器出口管、高温再热器出口管(表3)进行检验。当壁厚增加时，探头折射角应适当减小(如选择k2探头)，仪器也应相应调整，以保证二次反射波能检测到表面缺陷。但实际k值、水平距离和深度需要根据表4重新选取并重新测试。利用上述方法检测了高温过热器管800多个问题焊缝，发现有20个焊缝反射信号有缺陷。表3 主要管材及规格表4 常用探头差别结语:综上所述，可以看出，锅炉在当前的工