100MW超超临界机组锅炉水冷壁管射线检测工艺探讨.pdf

囡 经验交流 1 0 0 MW 超超临界机组锅炉水冷壁管射线检测工艺探讨 廖利国 广少 I1 声华科技有限公司 摘要 针对某火力发电厂 1 0 0 MW超超临界机组锅炉水冷壁结构，介绍该结构的射线检测工艺，在分析检 测结果的基础上，提出工艺改进的措施 。 关键词超超临界水冷壁管；射线检测 O 前言 某火力发电厂 1 0 0 MW 超超临界机组锅炉螺旋 段水冷壁，由 1 4 2 8根管排列并螺旋而成，管径规格 为 仍 8 ． 1 mmx 6 ． 7 mm， 螺旋水冷壁管倾斜水平角度约 2 6 ． 2 。 ，两管之间的鳍片由 1 5 C r Mo材料焊接而成，管 间距约为 1 5 I i l l i 1 ， 而螺旋水冷壁管现场安装焊缝主要 集中于锅炉四个角，每角的安装焊缝约 1 0 3 0道 ，四 角共计 4 1 2 0道。为了保证机组的正常运行，大修期 间对该螺旋段水冷壁管进行 1 0 0 ％的防磨防爆检查， 按表 1 检测工艺进行检测； 而透照方式采用垂直透照， 射线源在炉内、胶片贴于炉外，如图 1 所示。 表 1 检测工艺参数 工艺参数 初次检测 换角度复检 执行标准 DL ／ T 8 2 1 ． 2 0 0 2 丹东 X XG - 2 5 0 5其焦点尺寸为 X射线机型号 2 ． 5mm x 2 ． 5rea l 黑度要求 2 ． 0 ～3 ． 5 显定影粉型号 江苏菊花 胶片型号 A AD 4 底片规格 3 6 0 r n l n x 1 0 0mm 1 8 0n l l l l x 1 0 0m i l l 一 次透照口数 5 2 焦距 6 8 8 mm7 0 0 mm 5 9 0 mm6 0 0 n l l T l 管电压 2 2 0 k V 2 2 0 k V 曝光时间 1 ． 6珈 【i n ～1 ． 8 mi n 1 ．3mi n ～1 ． 5mi n 增感方式 前后屏P b 0 ． 1 I ／ n T l 前后屏 P b 0 ． 1 mm 射 线 源 炉 内 炉 外 图 1 螺旋段水冷壁管排布片及透照示意图 l 检测工艺分析 1 ． 1 射线源的选择 从提高射线透照灵敏度和裂纹检测率的角度考 虑， x射线机底片的对比度、 清晰度、 颗粒度均优于 Y 射线底片。其中缘由1 X射线为连续谱，而丫 射 线为线状谱；连续谱既包含穿透力较强的主能量部 2 0 1 3 年 第3 4 卷 第3 期 自动化与信息工程 3 9 分，又包含有利于提高对比度的软线质部分，从而， 照相灵敏度比线状谱高； 2 1 x射线管的能量可以通过 管电压调节， 从而根据试件厚度选用合适的管电压 以 获得高对比度和高灵敏度，而 v射线的能量是由同位 素的种类决定的，每一种同位素放射出射线的波长是 特定的，其能量也就固定而不可调。此外，从现场检 测环境及条件来考虑，检测现场提供炉内升降平台， 便于射线机操作，也利于检测人员对射线的安全防 护。因此，采用定向的x射线检测。 1 ． 2 胶片选择 检查对象为 T 2 3 高合金材料管材的对接焊缝， 该 高合金钢材在焊接及运行过程 中容 易产生裂纹等危 害性比较大的缺陷， 综合考虑检测成本及对细小缺陷 的显示能力， 选择信噪比较高的T 2类胶片A G F A D4 。另外，水冷壁排管的管间距约 1 0 mm1 5 n 1 I I l ， 且相邻两管的焊缝呈梯形布置， 为保证一次检测底片 合格率，采用规格为 3 6 0 mm1 0 0 mr n的胶片。 1 ． 3 一次透照 口数的选择 据研究，美国军标规定【 1 ] 投射角度在 1 O 。 ，日本 工业标准则规定普通级为 1 4 。 、特级为 9 ． 5 。 圆锥角之 内时，检验裂纹才有效，且对裂纹的识别情况变化不 大；而照射角度超过 1 5 。 时，随着照射角度的增大， 裂纹不能识别的情况就增多，裂纹检 出率显著降低 。 初次检测照射布置如图 1 所示， 一次透照 5 根管， 取最大管间距为 1 5Ⅱ 1I l 1 并将其简化为透照长为 2 5 0 r n l y l 平板模型，对于这 5根管子而言焦距从 6 8 8 1T I I I I 增至 7 0 0 r n lT l ，则知其投射角度为 1 0 ． 6 1 。 ，故基本满 足裂纹检出角 1 0 。 要求。而复检时一次透照 2根管， 透照布置则取中间两管，其投射角度约为 4 ． 3 6 。 以内， 仍满足要求。 1 ． 4 其它工艺参数选择 其它工艺参数按 DL ／ T 8 2 1 2 0 0 2标准要求选择。 2 检测结果 此次水冷壁防磨防爆检查共检测 4 0 4 9道焊 口。 初次检测发现 7 8 4道焊口存在超标缺陷，其中存在横 向裂纹 7 5 3道、未熔合 2 8道、未焊透 3道。由于四 号角水冷壁中检查的 1 0 1 9道焊 口中发现有 2 6 5道 口 存在裂纹显示，故对初次检查合格的焊 口进行了换角 度复检，又发现有 2 5道焊口 存在横向裂纹。图 2是 检测过程中存在横 向裂纹的焊缝， 横截面取样处沿管 壁厚度方向的裂纹示意图。 图2 典型横向裂纹缺陷 渗透检测后 3 检测结果分析 从检测结果可知，该水冷壁 T 2 3管材焊缝主 要存在的缺陷为横向裂纹，即沿管线方向的裂纹。另 外， 该裂纹本身具有一定的方向性且在管壁分布的位 置为任意走向的。将初次检测结果与复检结果对 比， 发现该横向裂纹缺陷存在漏检， 且漏检受裂纹自身和 几何因素对裂纹对比度两方面的影响。 3 ． 1 裂纹 自身的影响 裂纹 自身的影响包括裂纹角度、裂纹埋藏深度、 裂纹 自身高度及其截面形状 3 个因素。 首先，裂纹角度。由于以上 1 0 。 的裂纹检出角理 论的提出，均是基于假设裂纹面处在与工件表面垂直 的方向，且对于管道而言，其裂纹在管壁周向的分布 则更加复杂 见图 2 ，同一条裂纹在其呈现的角度方 面有一定的差异，其检出的难度增大。 其次，裂纹埋藏深度。裂纹的埋藏深度直接影响 到其投射在底片上的清晰度。 最后，裂纹的自 身高度及截面形状。自身高度体 现在底片上的黑度， 而截面形状则影响到裂纹的对比 度修正系数 盯 ， 直接影响到裂纹影像的对比度。 总之， 这些因素的影响在这种透照工艺中是无法消除， 故而 会影响裂纹检出。 3 - 2 几何 因素对裂纹对比度的影响 在正常情况下，底片上缺陷影像由本影和半影组 廖利国1 0 0 MW超超临界机组锅炉水冷壁管射线检测工艺探讨 成 。 2 ／ L I L 2 1 其中， 为放射源的焦点尺寸； 1 为源到缺陷的距离； 2为缺陷到胶片的距离。 依据式 1 当 增大， 2 增大或 厶 减小到一定 程度 ，缺陷的本影将消失 ，其影像只由半影构成，对 比度将显著下降。 对于工件的每一个检测截面而言均 存在一个缺陷本影消失的临界几何截距 为 到达胶片 P点的射线在缺陷位置平面上的截距[ ， 如图 3 所示。 图 3透照不意 图 当 W W W为缺陷宽度 时，是本影消失的 临界点，当 时，缺陷无本影，当 时，缺陷有本影。故对于第 l 根管或第 5根管 见图 1 而言，当F 7 0 0 ml n 、 _ 2 ． 5 i i l l n时，管子靠炉内 侧管壁的 2 取3 1 ． 4 mm3 8 ． 1 I r l l r l ， 则 为 0 ． 1 1 mm～ 0 ． 1 4 m n l ， 而靠炉外侧管壁的 三 2 取 0 mm1 9 ． 0 5 mm， 则 为 0 mm～0 ． 0 7 m m。根据本影可见的条件，可 知在胶片侧 即炉外侧 的裂纹缺陷更容易在底片上 识别而易检出，而在源侧 即炉内侧 的管壁裂纹在 底片上相对难识别而造成漏检。 4 工艺改进 基于检测结果的分析， 可通过如下措施来改进检 测工艺，以提高检出率 1 改变透照角度， 以弥补裂纹在管壁周向方向分 布随机所引起的漏检； 2 增加源在炉外、 胶片在炉 内的透照工艺，以弥 补远离胶片侧管壁缺陷因本影消失而产生的漏检； 3 适当增加透照焦距，以降低几何不清晰度， 提 高评片人员对缺陷的识别能力； 4 严格控制暗室处理过程， 减少底片伪缺陷对裂 纹评定的影响； 5 严格控制评片环境， 应仔细分析底片中的细节 影响，减少缺陷的错评、漏评； 6 增加磁粉检测， 在其内外表面进行表面及其近 表面的检测，防止管壁外表面缺陷的漏检。 参考文献 [ 1 ]1 全国锅炉压力容器标准化技术委员会 J B ， 1 r 4 7 3 0 ． 2 ． 2 0 0 5 承压设备无损检测第 2部分 射线检测[ s ] 京 机械工业出 版社， 2 0 0 5 ． [ 2 ]中国特种设备检验协会组织． N DT全国特种设备无损检测 人员资格考核统编教材一射线检测 第二版【 M】 一 京 中国劳动社会保障出版社， 2 0 0 7 ． Re s e a r c h o n Ra d i o g r ph i c I ns pe c t i o n f o r 1 0 0 M W Ul t r a S upe r c r i t i c a l Un i t b y Bo i l e r S p i r a l W a t e r Co o l i n g W a l l Li a o Li g u o ． Gu a n g z h o u S o u n d we l S c i e n c e ＆T e c h n o l o g y Co ． ， L t d ． Abs t r a c t Ai mi n g a t t h e s t r u c t u r e o f 1 0 0 MW u l t r a - s u p e r c r i t i c a l u n i t b y b o i l e r s p i r a l wa t e r c o o l i n g Wa l l ， i t i s e x p a t i a t e d t h e r a d i a l t e s t t e c h n o l o g y a b o u t the s t r u c t u r e ， a n d the n d i s c u s s e d i t ． On the b a s i s o f r a d i a l t e s t i n g r e s u l t s ， s o me e ffe c t i v e me a s u r e s an d t e c h n i q u e t o i mp r o v e t h e p r o b l e m h a v e b e e n p r o p o s e d ． Ke y W o r ds Ul 仃a - S u p e r c r i t i c a 1 ； W a t e r Co o l i n g W a l l ； Ra d i o g r p h i c I n s p e c t i o n 作者简介 廖利国，男，1 9 8 5年生，学士，助理工程师，主要研究方向特种承压设备无损检测。E - ma i l l i a o l i g u o 4 5 1 3 1 2 6 ． t o m 2 0 1 3 年 第 3 4 卷 第 3 期 自动化与信息工程 4 1