陳仲武

(福建華電可門發(fā)電有限公司 ，福州 350512)

0 引 言

2017年3月，某電廠超臨界機(jī)組3號(hào)高壓加熱器(簡稱高加)換熱管束發(fā)生泄漏。為了查出泄漏點(diǎn)，采用從汽側(cè)灌水的方式查找換熱管的漏點(diǎn)(這也是目前電力行業(yè)比較常用的一種高加查漏的方法)，并對泄漏管束進(jìn)行堵管處理；然而同年的12月份，該臺(tái)高加再次發(fā)生泄漏，此次由于三抽電動(dòng)閥門內(nèi)漏導(dǎo)致高加系統(tǒng)無法降溫，即高加系統(tǒng)無法完全隔離，直接導(dǎo)致機(jī)組被迫停運(yùn)。這說明采用傳統(tǒng)的灌水查漏方法具有一定的局限性。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料顯示，高加泄漏70%以上是由于換熱管束泄漏造成的。因此，找到一種能夠較全面地反映高加內(nèi)換熱管質(zhì)量狀況的方法就顯得尤為重要。

高加作為發(fā)電機(jī)組不可缺少的一部分，其泄漏會(huì)造成大量經(jīng)濟(jì)損失。針對檢查高加泄漏點(diǎn)這一問題，張維科[1]等指出，常規(guī)的高加檢測方法，即汽側(cè)灌水和汽側(cè)充壓縮空氣，效果不佳，故而其采用質(zhì)譜法檢漏，向汽側(cè)充入壓縮空氣和氦氣，通過在U型管口檢測氦氣濃度來判斷高加是否存在泄漏；毛海峰[2]在高加驗(yàn)收檢測中使用了水壓試驗(yàn)檢漏；郭煒[3]與上述不同，其從泄漏原因和高加結(jié)構(gòu)上考慮，采用了遠(yuǎn)場渦流技術(shù)；無獨(dú)有偶，李青松[4]也采用遠(yuǎn)場渦流技術(shù)進(jìn)行查漏，然后使用內(nèi)窺鏡隨機(jī)抽查進(jìn)行復(fù)核。

文章通過現(xiàn)場實(shí)踐，最終確定使用遠(yuǎn)場渦流和內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)對該廠高加進(jìn)行查漏，并結(jié)合遠(yuǎn)場渦流和內(nèi)窺鏡檢測的技術(shù)特點(diǎn)，提出了綜合應(yīng)用上述兩種技術(shù)來解決在役高加換熱管束難檢測的問題。

1 在役高加的結(jié)構(gòu)原理

高加是給水循環(huán)的一個(gè)重要組成部分，是利用汽輪機(jī)抽汽對鍋爐給水進(jìn)行再加熱，從而提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性。該廠高壓加熱器為臥式U型管管板式結(jié)構(gòu)，規(guī)格為Φ2 072×36×9 035，如圖1所示[5]。U型換熱管材質(zhì)為16Mo3鐵磁性材料；高加由過熱段、飽和段和疏冷段3段組成。從汽機(jī)抽來的過熱蒸汽，首先在高加過熱段加熱即將離開該高加的給水，完成第一次熱傳遞；之后蒸汽進(jìn)入高加飽和段，在此進(jìn)行第二次傳熱；加熱蒸汽在此釋放大量的潛熱并凝結(jié)成為飽和疏水，飽和疏水聚集在高加下部，并在壓差的作用下靠虹吸原理進(jìn)入疏冷段，在此加熱剛進(jìn)入高加的給水，完成第三次傳熱。最后疏水成為低于飽和溫度的過冷水，經(jīng)由疏水出口離開高加本體[6]。

結(jié)合高加的工作方式以及實(shí)際情況可知，高加泄漏的主要類型有以下兩類：一是換熱管本身泄漏，二是管板管口焊縫泄漏。換熱管本身泄漏的原因主要有腐蝕、管材質(zhì)量缺陷、沖刷減薄以及與隔板發(fā)生摩擦減薄等[7]。

圖1 3號(hào)高加結(jié)構(gòu)圖

2 檢驗(yàn)在役高加常用的無損檢測技術(shù)

2.1 遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)

遠(yuǎn)場渦流是電磁場在管道內(nèi)部傳輸中出現(xiàn)的一種特殊的渦流現(xiàn)象[8]。遠(yuǎn)場渦流檢測原理如圖2所示[9-11]。

圖2 遠(yuǎn)場渦流檢測原理

由頻率相當(dāng)?shù)偷恼倚盘?hào)所驅(qū)動(dòng)的激勵(lì)線圈，在管道中產(chǎn)生的內(nèi)部電磁場，能在激勵(lì)線圈的兩邊分成直接耦合區(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)2個(gè)區(qū)域。遠(yuǎn)場渦流技術(shù)所采用的探頭是發(fā)射-接收的結(jié)構(gòu)，間距為管徑的2～3倍。激勵(lì)線圈發(fā)出交流場，穿過管壁，沿著管的軸向，最后再穿過管壁，被檢測線圈接收。每次穿過管壁時(shí)，電磁場經(jīng)歷時(shí)間(相位)延遲并且振幅衰減。當(dāng)探頭移動(dòng)到壁厚減薄的區(qū)域，此時(shí)在線圈之間所需穿行時(shí)間減少并且衰減減少。因此，在壁厚減薄處，信號(hào)相位(飛行時(shí)間)和振幅(信號(hào)強(qiáng)度)都出現(xiàn)增強(qiáng)，對相位和振幅加以詮釋來確定壁厚減薄深度和周向范圍。遠(yuǎn)場渦流可應(yīng)用于鐵磁性材料的檢測，能有效地檢測管壁內(nèi)外表面裂紋、腐蝕凹坑、磨蝕減薄等缺陷。

2.2 內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)

內(nèi)窺鏡檢測是無損檢測一個(gè)分支，借助于工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡對難以進(jìn)行直接目視檢測的被檢部位或區(qū)域進(jìn)行檢測的一種目視檢測技術(shù)[12]。可實(shí)時(shí)定位的工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡采用集成重力傳感器和長度指示器，在屏幕上顯示已檢測圖像的朝向，清晰區(qū)分上和下，同時(shí)顯示檢測目標(biāo)的位置；可測量的工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡利用立體測量技術(shù)可以精確地以任意目標(biāo)角度對缺陷進(jìn)行三維測量[13-15]，可以精確測量出缺陷的尺寸和深度以及侵蝕、腐蝕和損壞的面積。內(nèi)窺鏡檢測應(yīng)用于高加檢測，可直觀、高效檢測出高加換熱管內(nèi)壁的表面裂紋、起皮、拉線、劃痕、凹坑、凸起、斑點(diǎn)、腐蝕坑等缺陷，同時(shí)可獲得缺陷的方位、位置、長度、深度和面積等信息，為高加中缺陷定位、損傷評估提供直觀可靠的數(shù)據(jù)支撐。因此，內(nèi)窺鏡檢測在高加檢測領(lǐng)域是必不可少的無損檢測手段之一。

3 實(shí)例分析

某電廠超臨界機(jī)組3號(hào)高加換熱管束分別于2017年3月、12月發(fā)生2次泄漏后，經(jīng)廠內(nèi)專業(yè)委員會(huì)開會(huì)決定邀請專業(yè)檢測公司對該3號(hào)高加換熱管開展遠(yuǎn)場渦流檢測，圖3為遠(yuǎn)場渦流檢測示意圖。檢測結(jié)果如下：高加管束有2 480根U型彎管，現(xiàn)場遠(yuǎn)場渦流實(shí)際檢測2 248根U型彎管(上次泄漏已堵136根換熱管，還有96根換熱管因結(jié)構(gòu)受限無法檢測)；其中壁厚減薄20%～45%的換熱管共121根，占總管束4.88%；壁厚減薄45%以上的換熱管共8根，占總管束0.32%；其它2 119根換熱管壁厚減薄未達(dá)到20%。依據(jù)DL/T 883—2004《電站在役給水加熱器鐵磁性鋼管遠(yuǎn)場渦流檢驗(yàn)技術(shù)導(dǎo)則》，壁厚減薄20%～45%的換熱管作為記錄依據(jù)，換熱管壁厚減薄45%以上堵管[16]，則總堵管率為5.81%(包括上次已堵136根換熱管)。

圖3 遠(yuǎn)場渦流檢測缺陷示意圖

廠內(nèi)專業(yè)相關(guān)人員經(jīng)會(huì)議研究，一致認(rèn)為應(yīng)遵從制造廠家的設(shè)計(jì)要求，即換熱管壁厚減薄不得超過30%。根據(jù)遠(yuǎn)場渦流檢測得出的結(jié)果，有121根換熱管壁厚減薄率在20%～45%區(qū)間內(nèi)，由于遠(yuǎn)場渦流技術(shù)存在一定的局限性，無法得知哪些換熱管壁厚減薄達(dá)到30%以上，若將上述121根換熱管和遠(yuǎn)場渦流無法檢測的96根換熱管全部堵管，則總堵管率為14.56%，遠(yuǎn)超過了高加產(chǎn)品說明中要求的堵管率上限10%。

為了解決這一問題，電廠考慮采用其他的無損檢測技術(shù)，即內(nèi)窺鏡檢測。其具有圖像觀測直觀、測量精度高的特點(diǎn)，不過其檢測效率低，故而只對96根遠(yuǎn)場渦流無法檢測的換熱管和121根壁厚減薄20%～45%的換熱管進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢測。內(nèi)窺鏡檢測發(fā)現(xiàn)部分換熱管內(nèi)壁存在少量腐蝕坑，對換熱管內(nèi)部存在的腐蝕坑進(jìn)行深度測量，圖4所示為內(nèi)窺鏡檢測發(fā)現(xiàn)的典型腐蝕坑和深度測量示例。內(nèi)窺鏡檢測結(jié)果為：壁厚減薄在0%～30%之間的換熱管為188根，壁厚減薄在30%～45%之間的換熱管為29根，具體數(shù)據(jù)詳見圖5。根據(jù)遠(yuǎn)場渦流和內(nèi)窺鏡檢測的結(jié)果，對壁厚減薄量超過30%的共計(jì)37根換熱管進(jìn)行堵管處理，總堵管率為6.98%，實(shí)現(xiàn)了總堵管率控制在10%以內(nèi)的目標(biāo)，隨后進(jìn)行水側(cè)水壓試驗(yàn)復(fù)核，未發(fā)現(xiàn)泄漏。

圖4 內(nèi)窺鏡檢測換熱管內(nèi)缺陷

每種無損檢測技術(shù)都有優(yōu)勢和局限性，遠(yuǎn)場渦流和內(nèi)窺鏡檢測也不例外。遠(yuǎn)場渦流檢測效率高，換熱管內(nèi)表面和外表面缺陷均可檢測，對均勻減薄、漸變減薄和偏磨減薄都有極高的檢測靈敏度，但對缺陷的定量定性比較困難。而內(nèi)窺鏡檢測可以準(zhǔn)確地定位并測量換熱管內(nèi)表面缺陷的位置和深度，例如腐蝕坑等，但其檢測效率低，面對平均管長約為15m且數(shù)量眾多換熱管束子，這個(gè)檢測對象要實(shí)現(xiàn)全面內(nèi)窺鏡檢測具有很大的困難。因而必須綜合應(yīng)用這兩種檢測技術(shù)，通過科學(xué)合理地選擇檢測時(shí)機(jī)，提升檢測的全面性、經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)；另外通過對各自的檢測結(jié)果的對照與驗(yàn)證，避免了漏檢和誤判，提高了檢測質(zhì)量，確保了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖5 換熱管減薄量直方圖

4 結(jié) 語

針對該臺(tái)高加的泄漏事件，提出基于遠(yuǎn)場渦流和內(nèi)窺鏡檢測的無損檢測技術(shù)在現(xiàn)役高加換熱管束檢測中的綜合應(yīng)用的方法。該方法取得了較好的檢測效果，成功解決了該臺(tái)高加連續(xù)發(fā)生泄漏的難題。該臺(tái)高加已穩(wěn)定運(yùn)行2年多，期間未發(fā)生泄漏事件。

該方法實(shí)現(xiàn)了對換熱管束內(nèi)壁缺陷較全面、準(zhǔn)確的檢測和評價(jià)，并為換熱管束堵管的針對性、可靠性和合理性提供有力的數(shù)據(jù)支撐。對電力企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益有重要的意義。特別是內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)應(yīng)用于高加換熱管束內(nèi)壁缺陷深度測量的案例，可為類似高加泄漏問題提供參考。