豆坝电厂1号机主蒸汽管孔裂纹检测

作者：信息来源:电子市场 2007-6-13

字体大小:小 中 大网友评论条 进入论坛

摘要：豆坝发电厂由于经常起停，主蒸汽管道疏水及旁通管管孔处受冷热变换而易产生裂纹。结合CCD成像技术和超声波探伤两种方法，可以对其管孔裂纹进行有效的检测。关键词：管孔裂纹。CCD成像技术。...

摘　要：豆坝发电厂由于经常起停，主蒸汽管道疏水及旁通管管孔处受冷热变换而易产生裂纹。结合CCD成像技术和超声波探伤两种方法，可以对其管孔裂纹进行有效的检测。
　　关键词：管孔裂纹；CCD成像技术；超声波探伤

　　2002年5月，在豆坝发电厂1号机组大修期间，由于手动主汽门损坏，在更换主汽门时，发现附近的旁通管管孔内壁出现放射状裂纹如图1，些裂纹大大降低主蒸汽管的有效壁厚，重大的安全隐患，因此，有必要对裂纹产生原因进行分析，并对主蒸汽管系统可能产生裂纹的管孔进行检测。

图注：a为垂直于管子轴向的裂纹；b为平
行于管子轴向的裂纹；c为45度斜向裂纹。
图1　管孔裂纹位置示意图

1　裂纹产生原因分析
　　宜宾发电总厂豆坝发电厂1号机组是高温高压机组，装机容量为5万kW，已运行约18万h。主蒸汽管为275×22的合金管道，材料12Cr1MoV。据仔细观察，产生的管孔裂纹都是从主蒸汽管内壁管孔倒角处开始，然后向外扩展。
　　根据裂纹产生位置和形式分析，产生管孔裂纹的原因在于，近年来，四川电网电力过剩，豆坝发电厂1号机组主要做为调峰机组使用，起停频繁，停炉期间，疏水管和旁通管都有积水，未曾放干，则管孔经常受到冷水和热水的交替作用，从而受到交变应力的作用，而这些管孔在主蒸汽管内壁处都未倒圆角，造成应力集中，从而产生疲劳裂纹。
2　检测方法选择
　　确定了管孔裂纹的产生原因，即可推断，主蒸汽管上所有停炉期间存在积水的疏水管和旁通管管孔都可能产生裂纹，应全部进行检测。
　　根据现有的检测方法特点，决定同时利用CCD成像技术和超声波探伤技术对主蒸汽管孔进行检测，其中任何一种方法判断有裂纹的管孔，都必须更换。
3　CCD成像技术检测
3．1　CCD成像检测
　　CCD成像技术检测管孔裂纹，就是利用具有一定刚度和柔性的连接电缆将CCD成像头送入主蒸汽管内以对管内的宏观缺陷进行检测。用于检测管道及容器内部的CCD成像设备，也称作内窥镜。
　　此次使用的CCD成像头具有120度的广角，自带光源，并具有一定的放大倍数，能对CCD成像头斜前方的范围进行检测。将CCD成像头通过连接电缆从阀门处伸入主蒸汽管内，找到管孔后，通过扭动连接电缆等方法，转动CCD成像头的位置和角度，在合适的地方，显示仪上就能直观地看到管孔附近的情况，宏观裂纹一目了然。可以通过录相带对检测到的宏观裂纹情况进行记录，图2即是CCD成像技术检测到的放射状宏观裂纹照片。
3．2　CCD成像技术的缺点
　　1）CCD成像技术方便直观，但只能观察到宏观裂纹，对微裂纹则难以判断，氧化和锈蚀痕迹也难以跟裂纹区别开来。
　　2）当检测的管孔位置离CCD成像头伸入位置太远时，对CCD成像头位置和角度的控制变得较为困难，从而影响对裂纹的判断。

　　可以利用超声波探伤技术对CCD成像技术检测管孔裂纹的缺点进行弥补。
4　超声波探伤技术检测
4．1　垂直于轴向的管孔裂纹探伤
　　对于垂直于主蒸汽管轴向的管孔裂纹如图1，利用单斜探头沿轴向进行探伤，由于管壁厚22 mm，故可以选择K2的斜探头，极易发现垂直于主蒸汽管轴向的裂纹。
4．2　平行于轴向的管孔裂纹探伤
　　对于平行于主蒸汽管轴向的管孔裂纹如图1，利用横波斜探头进行周向探测。由于周向探测时，耦合面为弧面，因此为了减少耦合损失，须将探头斜楔底面进行修磨，以使其与管壁吻合。但修磨后的探头，K值会发生变化，定位时，需重新测定K值。测试方法如下。

　　利用换下来的主蒸汽管做一试样，在同一周向角度上，做出内外两个工切槽F_内和F_外如图3所示，调整仪器，探头在图3中C位置处找到内壁人工槽F内，假设超声波在探头内的行走度为δ，则其反射波声程X₁＝δ＋CF_内；探头在A位置时找到外壁人工槽F外，其反射波声程为X₂＝δ＋AB＋BF_外，根据几何知识可知，CF_内＝BF_外，故AB＝X₂－X₁，即为示波屏上外壁和内壁最高反射波读数的差值（扫描速度1∶1时）。在ΔABO中，OA为管子外半径，OB管子内半径，β角即为超声波折射角，根据余弦定律得

　　根据此余弦值求出折射角和K值。
4．3　超声波探伤管孔裂纹特点
　　利用超声波探伤技术探测主蒸汽管管孔裂纹，对接近平行和垂直于管子轴向的裂纹检测灵敏度很高，但对接近45度斜向的裂纹检测灵敏度则较低。
5　检测结果
　　经检测，豆坝发电厂1号机组主蒸汽管锅炉段的两处管孔内壁未发现裂纹，而汽机段，共有13处的管孔，其中7处发现裂纹，需进行更换。
　　根据1号机组检测结果，对机组情况一样运行情况相似的2号机组也进行了检测，主蒸汽管锅炉段的两处管孔内壁未发现裂纹，而汽机段，共有13处的管孔，其中8处发现裂纹，需进行更换。
　　检测过程，发现的裂纹最大宽度约3 mm，最大裂纹深度约20 mm，而主蒸汽管管壁厚为22 mm，只剩下约2 mm的有效壁厚，在机组的运行过程中，随时都可能裂穿，出现蒸汽泄漏，有可能酿成重大设备和人生事故，造成不可挽回的损失。
6　结束语
　　1）豆坝电厂1号机组主蒸汽管管孔裂纹产生的主要原因是由于起停频繁，管孔经常受到冷水和热水的交替作用，从而受到交变应力的作用，加上管孔在主蒸汽管内壁处未倒圆角，造成应力集中，容易产生疲劳裂纹。
　　2）利用CCD成像技术能够直观地观察到主蒸汽管管孔宏观裂纹的具体情况，直观可靠。但对微裂纹则难以判断，氧化和锈蚀痕迹也难以跟裂纹区别开来，且当检测的管孔位置离CCD成像头伸入位置太远时，对CCD成像头位置和角度的控制变得较为困难，从而影响对裂纹的判断。
　　3）利用超声波探伤技术探测主蒸汽管管孔裂纹，对接近平行和垂直于管子轴向的裂纹检测灵敏度很高，但对接近45度斜向的裂纹检测灵敏度则较低。
　　4）结合CCD成像技术和超声波探伤技术的特点，同时采用两种检测方法，可以最大限度地检测出主蒸汽管管孔存在的裂纹。