无损检测方法在锅炉检验中的应用

马剑兴 黄朔

摘要：锅炉经常需要长时间连续运行，在工作中接触腐蚀性介质并承受高温高压，导致存在故障、爆炸的危险。一旦发生爆炸，后果不堪设想，所以有必要了解锅炉的常见缺陷，这样才能将缺陷的发生降到最低。

关键词：无损检测方法;锅炉检验;应用

一、锅炉中的常见缺陷

1.腐蚀

在日常工作中，腐蚀是锅炉最常见的缺陷之一。腐蚀机理可分为电化学腐蚀和化学腐蚀。按腐蚀环境可分为大气腐蚀、氧腐蚀和烟雾腐蚀等。按腐蚀损伤的形式可分为局部腐蚀和均匀腐蚀。一般来说，局部腐蚀速度快，难以及时发现，往往导致设备发生重大安全事故。在日常生产中，锅炉经常同时受到多种腐蚀因素的影响。例如，某节煤器的腐蚀速率与温度、硫酸浓度、灰分侵蚀等因素有关，对其油管内外表面造成不同形式的腐蚀损伤。

2.裂纹

裂纹的存在往往会引起锅炉部件爆炸，造成严重的后果。根据来源，锅炉轴承部件的裂纹一般可分为焊接裂纹、疲劳裂纹、腐蚀裂纹、过载裂纹、蠕变裂纹和原料裂纹。锅炉运行中产生的裂纹分布、大小和形态各不相同，大部分裂纹需要用仪器检测。锅炉一旦发现裂纹，必须立即停止使用设备，并报告上级进行处理。

3.变形

锅炉零件变形后，会改变原尺寸或形状，造成变形零件应力集中，结构不连续。更重要的是，变形过程中往往伴随着其他缺陷（如裂纹）。锅炉常见的变形主要有：蠕变变粗、汽包胀或膨胀、管板胀和部件在外力作用下的展平或内折。

有限元法可以用来模拟多种因素对锅炉部件变形的影响，能为锅炉的设计和安全运行提出合理建议。水冷壁管在高温高压条件下长期工作，是锅炉中比较容易发生故障的薄弱之处。因此，针对W型火焰锅炉水冷壁管存在大面积变形的情况，建立了水冷壁三维有限元模型，通过合理简化模型和边界条件，进行了温度场、热应力和热屈曲分析，发现水冷壁结垢是造成膨胀变形的最主要原因。基于板粱结合和实体建模法建立有限元模型，研究发现风载对秸秆锅炉变形的影响较小，而锅炉自重、锅桶热膨胀位移和吊挂件重量是引起锅炉变形的主要因素。

4.磨损

和腐蚀缺陷相同，磨损也可以分为局部磨损和均匀磨损。一般来说，受热面由于承受烟气重刷很难完全避免均匀磨损，但可以通过一定的方法来预防。局部磨损经常发生在局部烟气流速较高的部位。影响锅炉磨损的因素主要包括以下几种：结构设计不合理、燃料特性、烟气速度、冲刷角度、受热面温度和磨损时间等。

由于锅炉易受磨损，许多科研工作者探讨了磨损机理并预测了磨损可能存在的部位。提出了磨损率的计算公式，并对CF锅炉炉内及旋风分离器进行数值模拟，预测出的重點磨损部位与实际中的基本保持一致。建立了水冷壁颗粒系数两相磨损模型，并基于气固流动特性的计算结果，系统分析了防磨粱对水冷壁磨损分布特性的影响。

二、锅炉中的无损检测技术

在锅炉的准备和日常运行中，有一些缺陷是不可避免的。如果不加以控制，零件可能会损坏，甚至有人会丧命。因此，及早发现并妥善处理缺陷是延长锅炉使用寿命、减少经济损失的重要手段。无损检测（NDT）是一种常用的检测方法，在锅炉制造、工艺改进、成本降低和设备质量保证中起着非常重要的作用。

不损害构件是无损检测最大的特点，但其并不能完全代替破坏性检测，在必要时需要把无损检测与破坏性检测相结合，以便更精确地分析存在的问题。在实际应用中需要正确地选用合适的无损检测时间和方法，以便正确地评价锅炉的性能。无损检测方法一般包括：射线检测、超声波检测、声发射检测、磁粉检测和渗透检测。

1.射线检测

射线检测主要用来检测锅炉中焊接接头的内部缺陷，如气孔、未焊透和裂纹等。用于无损检测的射线包括X射线、高能射线和γ射线等，其中X射线最为常用。射线检测适合检测厚度比较薄的构件和对接焊缝，它能较为直观地反映缺陷的大小、位置、性质和形状，并且因为有底片，可以长期保存结果。对于体积类缺陷（如缩孔），由于在X射线透照方向的厚度差较为明显，因此检出率比较高;而对于面积型缺陷（如裂纹），只有当射线照射方向与裂纹方向平行时，才能准确检验出来。由于射线检测成本高、检测速度慢，且在检测过程中需要接近构件的两面，因而在实际应用中会受到一定的限制。此外，射线对人体有害，在检测过程中需要做好注意安全防护措施。

2.超声波检测

超声波检测适用范围较广，其是基于超声波直线传播的原理来完成对锅炉部件的检测。用于检测的超声波频率一般为0.4MHz～25MHz，其中1MHz～5MHz频率被广泛使用。与射线检测相反，超声波检测在检测过程中无法得到视觉图像，其适合检测厚度较大的构件且对面积缺陷的检出率较高。超声波检测具有速度快、价格低、检验效率高、重量轻、方便携带及对人体无危害等优点。然而，构件的外形、晶粒度、表面粗糙度及材质会对检测的可靠性产生影响。

3.磁粉检测

磁粉检测适合对铁磁性材料表面或者近表面的缺陷进行检验。在锅炉中大多采用铁磁性材料，且许多潜在性失效（如疲劳裂纹）的产生和发展都是从构件表面开始的，因此适合将磁粉检测技术应用于锅炉的日常检测中。磁粉检测具有工艺简单、检测灵敏度高、成本较低和检测速度快的优点;但由于检测深度在1mm～2mm之间，因此只可以确定缺陷的形状、大小和位置，难以确定缺陷的高度。

4.渗透检测

渗透检测通常用来检测具有表面开口缺陷的构件（不包括疏松多孔类材料），即使是形状比较复杂的缺陷，也可仅通过一次操作就基本完成全面检测。渗透检测的设备简单，易于操作，但存在检测耗费时间长、检测灵敏度较低、部分试剂价格较贵和有毒的问题。根据渗透剂的染料成分，一般可分为着色法、荧光法和荧光着色法这三类;而根据显像剂类型，可分为湿式显像和干式显像这两种。在使用过程中，要根据构件的情况、检测量、水源和电源等条件来选择合适的渗透探伤方法。如：在不方便寻找水源和电源的环境中，可以选择溶剂去除型着色法。

5.声发射检测

一般来说，动态的缺陷是锅炉安全隐患的主要原因。然而传统的无损检测（如磁粉检测）只能检测静态缺陷。声发射技术不需要逐一扫描锅炉的缺陷部位，只需要几个固定的传感器就能完成部件的检测。基于声发射技术，可以获得在受力情况下锅炉部件缺陷的产生、运动和发展情况，从而提供缺陷随时间、温度和压力等变量而变化的实时信息。声发射检测技术灵敏度高，不受材料限制，可实现在线检测。然而声发射检测存在以下问题：①检测的设备较为昂贵;②对天气环境要求较高;③不能定性的分析缺陷。因此，声发射检测技术需要与其他检测技术相配合，以便更好地掌握部件缺陷的详细信息。

结束语

锅炉在人们的日常生活和国民经济中起着非常重要的作用。广泛应用于发电、机械、食品加工、采矿、采暖、石油、保温、纺织等行业。锅炉是密闭容器，工作环境比较差，容易产生腐蚀、裂纹、变形和磨损等缺陷，所以要及时发现缺陷，防止锅炉损坏。采用无损检测技术可以及时发现锅炉存在的问题，避免事故的发生。此外，在实际应用中，有必要将多种无损检测技术灵活组合，以确保检测的准确性和有效性。

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