超临界锅炉现场检验技术研究

赵贺

摘 要：超临界锅炉具有低煤耗、高效率以及低排放等优点迅速成为了世界各国火力发电站建设中的首选之一。本文简要介绍了超临界锅炉的结构和材质特点，并且对各项现场检测技术在超临界锅炉中的具体应用进行了十分详细的说明。

关键词：超临界锅炉；检验技术；研究

1 引言

超临界锅炉是我国“863计划”的重点攻关项目，它凭借低煤耗、高效率以及低排放等优点迅速成为了世界各国火力发电站建设中的首选之一。2004年中国东方电气集团率先开发生产出第一台600MW的超临界锅炉，成功填补了我国超临界锅炉的空白，同时也让我国跻身于世界超临界锅炉技术研究的前沿[1]。

2 超临界锅炉常用的现场检验技术

超临界锅炉的现场建设是一个十分庞大的项目，涉及到大量金属管道的衔接安装，需要进行庞大的焊接作业，因此管道焊缝、固体焊渣残余和金属表面缺失等问题时有发生，为了检验锅炉管道的焊接质量、提高锅炉运行的安全稳定，在锅炉投产运行之前必须对所有的焊接管道进行现场检测，目前多数采用以下四种方法进行检验：

2.1 联箱内窥镜检测技术

在超临界锅炉的现场安装焊接过程中，为了减少焊渣、焊条以及其他固体物质在管道中的残留，许多厂家会严格要求焊接人员严格进行管道封闭作业。然而在实际操作过程中，由于超临界锅炉管道的焊接口众多，许多作业人员难免疏忽大意，将焊渣、焊条以及其他固体杂物遗留与管道之中，这些固体残渣难以通过水洗、气吹等方式排出管外，值得注意的是，这些固渣一旦进入到联箱节流孔处，特别容易将节流孔堵死，使得管道流体无法通过节流孔，造成管道憋压，甚至引发爆管。因此在超临界锅炉的安装配管过程中，一定要全面系统地检测清理管内金属残渣，从而保证锅炉机组的正常运行。联箱内窥镜是专门针对超临界锅炉联箱易堵塞这一问题而发明的检测技术，它是主要有强光源、高清镜头、线缆以及显示器等部件组成，利用高清图片传感技术，在强光源的照射条件下通过视频图片采集镜头来捕捉呈现管道内部的实体景象，从而检测管道内部的实体情况，为清理固体残渣的具体位置和数量指明了确切的方向。

2.2 超声波检测技术

超声波检测技术是目前管道焊接、设备衔接过程中应用最广泛、使用频率最高的检测技术之一，具有高效、无损以及精确定位等等检测优点。超声波检测技术首先利用发射探头以一定角度将超声波射入工件表面，超声波自然会在工件表面产生反射波和折射波，然后再用接收探头对其进行收集，最后显示与示波屏上，根据不同入射角度下的反射波和折射波的强度来来获取被检表面缺陷的位置和大小。超临界锅炉通常选用含有10%Cr的铁素钢作为蒸汽管道材质，其物理声学性质与普通碳素钢有着较大差异，以超声横波探伤为例，由折射定律：

（1）

式中T为超声波入射角，CL超声波纵波声速，U1为碳素钢横波折射角，U2为10%Cr铁素钢横波折射角，Cs1和Cs2分别不同材质下的横波声速。显然按照标准碳素钢块的探头和仪器作用于超临界锅炉时其横波折射角发生了明显偏差，极有可能使得示波器上产生误判，因此在超临界锅炉现场应用超声波检测技术时，应当以现场主管材质的标准工件进行仪器的调整校正。

2.3 射线探伤检测技术

射线探伤检测技术利用X或γ射线穿透待检工件，如果工件内部存在缺陷，那么射线被工件不同部位的吸收程度以及自身衰减程度也存在着一定差异，然后再将吸收之后的射线投到胶片之上[2]，经过显影处理后即可清楚地看到工件具体的缺陷位置，如图1所示。超临界锅炉结构复杂，蒸汽管道排列密集，管壁厚度较大，超声波探伤技术存在着工作盲区，因此利用高能量的射线对管道焊接口进行检测是超临界锅炉现场检测的重要手段之一，它可以清晰完整地展示管道设备连接处的微观图形，从而让我们更加直接地检测管道焊接质量。

2.4 TOFD检测技术在600MW超临界锅炉中的具体应用

TOFD是一种超临界锅炉检测过程中的新型技术，当纵波经过缺陷端点时会产生端点衍射波，而后利用一发一收的探头来接收衍射波，并根据时差来判断检测出缺陷的具体位置。图2为TOFD检测技术的原理示意图，由于缺陷本身存在一定的高度d，则超声纵波在上端点的衍射波达到接收探头的时间t1和超声纵波在下端点产生的衍射波到达接收探头的时间t2之间存在着明显的时间差，从而根据式（2）来确定缺陷距离工件表面的距离。

（2）式中d为缺陷上端到表面的距离，C为纵波波速，t为超声纵波到达尖端返回接收探头的时间，t0为超声波在工件表面的运行时间，S是两探头之间的距离。显然缺陷自身的高度h=d2-d1，运用TOFD检测技术可以检测出高度仅为1mm的缺陷，极大地提高了工件表面缺陷检测的精密度。

3 结语

总而言之，超临界锅炉现场检验是一项复杂繁琐的工作，涉及到大量的设备管道以及种类多样的材料特性，在进行现场检验的过程中一定要根据其材料性质和管道构造来选用合适的检测方法，从而确保管道锅炉的焊接质量。

参考文献：

[1]胡武奇.600MW超临界锅炉给水控制系统研究及应用[D].上海交通大学，2012（05）.

[2]龙毅，焦庆丰，单鸿.600MW超临界机组锅炉检验技术及工程应用探讨[J].湖南电力，2010（06）.endprint