杨扬
广西桂能科技发展有限公司 广西南宁 530007
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，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:Ih＝Ioe-μ（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μ'，射线通过后强度将减弱为Ix＝Ioe-［μ（d-x）+μ'x］。当缺陷吸收系统比试件本身线吸收系数小时，Ih＜Id＜Ix。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。
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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。
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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。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）2/（L1）2。
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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20lx。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
①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。
②焊接接头的质量分类按表1进行。
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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。
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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。
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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、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。
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结语:综上所述，可以看出，锅炉在当前的工业生产中发挥着重要作用，却也容易产生一些缺陷，如腐蚀、变形、水垢等。为了给锅炉正常运行提供保障，工作人员需要将无损检测技术运用起来，及时发现问题、解决问题。
参考文献
[1]张利伟,乔朋飞.无损检测技术在锅炉检验中的运用[J].建筑工程技术与设计,2018:318.
[2]吴永平;程跃;.浅析无损检测技术在锅炉检验中的应用[J].门窗,2019:116.
[3]朱晓玲,李海枫.无损技术在锅炉检测中的作用[J].全文版：工程技术,2016:218.
[4]李万润.锅炉检验过程常见缺陷及处理对策分析[J].中国新技术品,2020:33-34.