电站锅炉受热面管内壁腐蚀缺陷检测技术研究

电站锅炉受热面管内壁腐蚀缺陷检测技术研究

高磊

中国能源建设集团华北电力试验研究院天津市300171

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，电厂锅炉泄漏是影响电机组安全运行的主要因素之一。据有关统计，我国大型电站锅炉泄漏引起的停机事故占机组非计划停运时间的40%，占锅炉设备计划停运时间的70%。现阶段，检测受热面钢管缺陷的方法主要有超声波测厚、超声波探伤、磁饱和涡流法、漏磁涡流法和远场涡流法等。超声波测厚和超声波探伤法对钢管表面光洁度有较高的要求，检测前需对钢管表面进行打磨，检测效率较低；磁饱和涡流法对受热面钢管采取穿过式方法进行检测，但不适宜检测在役锅炉受热面管；漏磁涡流法存在剩磁问题，对恢复运行后的系统安全性能会造成不良影响，并且操作使用过程需要施加强磁场，不适于高空作业和大面积扫查检测；远场涡流法的探头体积庞大，较笨重，工作效率低且强度大，也不适于高空作业和大面积扫查检测。

关键词：锅炉受热面管；内壁腐蚀；缺陷检测

引言

电站锅炉的受热面主要包括水冷壁、过热器、再热器、省煤器和空气预热器。据统计，我国约80%以上燃用贫煤的大型电站锅炉存在不同程度的受热面腐蚀问题。针对当前电站锅炉在役受热面管内壁腐蚀缺陷检测方法存在的局限性，设计了一种适用于在役锅炉受热面管检测的专用阵列式低频涡流探头。结合锅炉受热面管监督检验要求，分别制作了轴向和周向人工缺陷对比试验样管，研究阵列低频涡流检测的灵敏度。现场应用表明，采用阵列式低频涡流检测技术，提高了锅炉受热面管内壁腐蚀缺陷检测效率，且不易造成缺陷漏检。

1锅炉泄漏原因分析

1.1金属焊接

焊接的工艺和质量对缺陷的形成有直接影响，受热面焊接时应严格按照既有的工艺路线完成，严格控制各项温度水平及时间。完成焊接后应该进行100%无损检测，条件具备时可以使用多种检测手段。新建机组由于工地焊口较多，金属检测时间较多，工期紧，一般达不到焊口的100%无损检测，只是进行一定比例抽检，因此，新建机组运行一段时间后，某段时间可能呈现锅炉集中爆管的现象。

1.2磨损

受热面的磨损主要包括飞灰磨损和吹灰磨损。飞灰磨损是受热面磨损不可避免的原因之一，这是煤粉锅炉的燃烧产物必然形成的，它根据燃烧煤质不同和运行方式的变化以及锅炉形式的不同而变化，一般作用在受热面管子的弯头、出列管子上。与飞灰磨损相比，吹灰时的磨损是可以避免的。吹灰磨损又称吹损，是指当使用蒸汽式吹灰器进行受热面吹灰时，由于蒸汽中带有水或者吹灰器安装偏斜，吹灰器伸进度不够均有可能发生吹损。

2锅炉受热面钢管检测研究

2.1阵列低频涡流检测探头

经过研究，中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司设计了一种马鞍形多重高磁导率铁淦氧磁芯屏蔽低频阵列扫查探头。探头设计中，采用静磁屏蔽技术消除空间散射漏磁通的干扰，即利用磁路分流原理对低频电磁场进行屏蔽。用磁路的概念可以解释静磁屏蔽的原理。在外磁场中，绝大部分磁场集中在铁磁回路中，可以把铁磁材料与空腔中的空气作为并联磁路来分析。因为铁磁材料的磁导率比空气的磁导率要大几千倍，所以空腔的磁阻比铁磁材料的磁阻大得多，外磁场磁感应线的绝大部分将沿着铁磁材料壁内通过，即均匀磁聚焦，而进入空腔的磁通量极少。被铁磁材料屏蔽的空腔基本没有外磁场，从而达到静磁屏蔽的目的。探头壳体上设置有与探头插座相连的冻结调零开关，当仪器出现异常信号时，冻结调零开关可以锁定屏幕图像，以便进一步观察判定。以往操作仪器时需先搁置探头，然后再按下仪器冻结开关，由于仪器相移扫描曲线是随时间滚动的，因而将产生时间差，难以及时捕捉到检测信号；另外，扫查检测过程中现场会出现各种干扰，导致基线偏离零点，需及时调整归零。将仪器调零开关前置，在低频阵列扫查探头外壳上设置调零开关，调零操作便得心应手。为保证使用效果，壳体一端设置有用于同步记录检测数据的编码器，编码器安装在壳体的尾部并安装扭簧，利用扭簧弹力压紧，确保壳体行走过程中始终与待测钢管的管壁接触，以实时采集阵列扫查探头轴向扫查的距离，同步记录检测数据，便于数据的后期处理、存档。

2.2受热面内壁腐蚀缺陷评定过程

其一确定判废标准并进行标定。判废标准为DL/T939—2016《火力发电厂锅炉受热面管监督技术导则》中的规定：水冷壁、省煤器、低温段过热器和再热器管，壁厚减薄量不宜超过设计壁厚的30%。对于高温段过热器管，壁厚减薄量不应超过设计壁厚的20%。设计制作轴向和周向人工缺陷对比样管，样管的最小人工缺陷槽深度均取管壁的20%，并对人工缺陷信号进行标定，大于最小人工缺陷槽深度的缺陷信号判定为不合格钢管。其二缺陷定位。确认存储缺陷的具体位置，可以选择外触发，即探头上编码器的脉冲信号触发。此时P－T扫描曲线与低频探头扫查检测同步，探头向前扫查检测，P－T扫描曲线同步向前滚动显示，屏幕上同时显示探头扫查检测走过的距离。当遇到疑义需要复查时，探头往回扫查检测，则屏幕上实时擦除与探头后退走过的距离相等的P－T扫描曲线，从而确定缺陷的轴向距离。阵列低频涡流探头中的各检测线圈等间距均匀布置，均可独立工作，并与显示屏上的P－T扫描曲线一一对应。实施检测时，探头附着于管壁，当探头经过有缺陷的管壁时，阵列检测线圈中的相应线圈就会切割漏到管壁外的磁力线而感应出一个最大的电压信号，该线圈的阻抗也会发生变化并呈现在P－T扫描曲线上，从而确定缺陷的周向位置，并对周向或轴向缺陷进行记录。其三缺陷复核。将定位的缺陷表面清除干净，涂上耦合剂，用超声波测厚仪复测，检测结果应与阵列低频涡流法一致，否则需要重新对检测系统进行标定后复检。

3抗腐蚀涂层研究进展

3.1新型纳米陶瓷涂层

通过热化学反应法在经过喷砂预处理的基材上制备纳米陶瓷涂层，是一种上世纪80年代开始进行实验室研究的防护涂层技术。该方法以水基悬浮浆料为原材料（包含有分散剂、粘结剂以及多种纳米陶瓷颗粒）采用0.3-0.6MPa的压缩空气雾化后均匀涂覆于管子表面，经过室温阴干和启炉加热固化后，最终在金属基材表面形成厚度约0.05-0.15mm的纳米陶瓷涂层。

3.2规范锅炉管材和焊材使用管理

投运机组受热面检修很多时候需要换管，炉内管材质类别和尺寸多种多样，涉及到不同炉型，管子种类数量可能加倍，应规范锅炉管使用管理，杜绝错用管材情况。应规范物资管理，加强物资验收管理，锅炉管物资到货验收应由金属专业人员签字确认，并留有出厂合格证等文字材料。加强物资储存管理，炉管应放到专用库房，禁止室外摆放，以免腐蚀生锈，物资标签摆放准确，出库规范。炉管使用前应经由金属专业人员再次确认材质、规格方可投入使用。规范使用焊材同样重要，每次检修使用的焊材种类较多，焊材打开包装后外观难以区分，现场使用焊材应整齐摆放，焊接每一道焊口使用的焊材均应由金属专业人员确认，使用后剩余的焊材回收后准确分装入库。焊材到货后同样要由金属监督人员确认产品质量。

结语

对于在役的电站锅炉，导致锅炉发生泄漏保管的原因总是不能避免的，并且这些原因随时间积累，相互叠加，积攒到一定程度势必暴露出来。因此，检测准确度高、速度快、省时省工且易于实施，可以有效实现锅炉受热面钢管内壁腐蚀缺陷实现的无损检测。

参考文献：

［1］刘云龙．火电厂锅炉受热面管弯头在役涡流检测装置研究［J］．中国电力，2016，49（11）：129－134．

［2］万丛．锅炉受热面高温腐蚀类型及其机理分析研究［J］．锅炉技术，2017，48（2）：1－4．