無損檢測方法在鍋爐檢驗中的應(yīng)用

馬劍興 黃朔

摘要：鍋爐經(jīng)常需要長時間連續(xù)運行，在工作中接觸腐蝕性介質(zhì)并承受高溫高壓，導(dǎo)致存在故障、爆炸的危險。一旦發(fā)生爆炸，后果不堪設(shè)想，所以有必要了解鍋爐的常見缺陷，這樣才能將缺陷的發(fā)生降到最低。

關(guān)鍵詞：無損檢測方法;鍋爐檢驗;應(yīng)用

一、鍋爐中的常見缺陷

1.腐蝕

在日常工作中，腐蝕是鍋爐最常見的缺陷之一。腐蝕機理可分為電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。按腐蝕環(huán)境可分為大氣腐蝕、氧腐蝕和煙霧腐蝕等。按腐蝕損傷的形式可分為局部腐蝕和均勻腐蝕。一般來說，局部腐蝕速度快，難以及時發(fā)現(xiàn)，往往導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生重大安全事故。在日常生產(chǎn)中，鍋爐經(jīng)常同時受到多種腐蝕因素的影響。例如，某節(jié)煤器的腐蝕速率與溫度、硫酸濃度、灰分侵蝕等因素有關(guān)，對其油管內(nèi)外表面造成不同形式的腐蝕損傷。

2.裂紋

裂紋的存在往往會引起鍋爐部件爆炸，造成嚴(yán)重的后果。根據(jù)來源，鍋爐軸承部件的裂紋一般可分為焊接裂紋、疲勞裂紋、腐蝕裂紋、過載裂紋、蠕變裂紋和原料裂紋。鍋爐運行中產(chǎn)生的裂紋分布、大小和形態(tài)各不相同，大部分裂紋需要用儀器檢測。鍋爐一旦發(fā)現(xiàn)裂紋，必須立即停止使用設(shè)備，并報告上級進行處理。

3.變形

鍋爐零件變形后，會改變原尺寸或形狀，造成變形零件應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)不連續(xù)。更重要的是，變形過程中往往伴隨著其他缺陷（如裂紋）。鍋爐常見的變形主要有：蠕變變粗、汽包脹或膨脹、管板脹和部件在外力作用下的展平或內(nèi)折。

有限元法可以用來模擬多種因素對鍋爐部件變形的影響，能為鍋爐的設(shè)計和安全運行提出合理建議。水冷壁管在高溫高壓條件下長期工作，是鍋爐中比較容易發(fā)生故障的薄弱之處。因此，針對W型火焰鍋爐水冷壁管存在大面積變形的情況，建立了水冷壁三維有限元模型，通過合理簡化模型和邊界條件，進行了溫度場、熱應(yīng)力和熱屈曲分析，發(fā)現(xiàn)水冷壁結(jié)垢是造成膨脹變形的最主要原因?；诎辶唤Y(jié)合和實體建模法建立有限元模型，研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)載對秸稈鍋爐變形的影響較小，而鍋爐自重、鍋桶熱膨脹位移和吊掛件重量是引起鍋爐變形的主要因素。

4.磨損

和腐蝕缺陷相同，磨損也可以分為局部磨損和均勻磨損。一般來說，受熱面由于承受煙氣重刷很難完全避免均勻磨損，但可以通過一定的方法來預(yù)防。局部磨損經(jīng)常發(fā)生在局部煙氣流速較高的部位。影響鍋爐磨損的因素主要包括以下幾種：結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、燃料特性、煙氣速度、沖刷角度、受熱面溫度和磨損時間等。

由于鍋爐易受磨損，許多科研工作者探討了磨損機理并預(yù)測了磨損可能存在的部位。提出了磨損率的計算公式，并對CF鍋爐爐內(nèi)及旋風(fēng)分離器進行數(shù)值模擬，預(yù)測出的重點磨損部位與實際中的基本保持一致。建立了水冷壁顆粒系數(shù)兩相磨損模型，并基于氣固流動特性的計算結(jié)果，系統(tǒng)分析了防磨粱對水冷壁磨損分布特性的影響。

二、鍋爐中的無損檢測技術(shù)

在鍋爐的準(zhǔn)備和日常運行中，有一些缺陷是不可避免的。如果不加以控制，零件可能會損壞，甚至有人會喪命。因此，及早發(fā)現(xiàn)并妥善處理缺陷是延長鍋爐使用壽命、減少經(jīng)濟損失的重要手段。無損檢測（NDT）是一種常用的檢測方法，在鍋爐制造、工藝改進、成本降低和設(shè)備質(zhì)量保證中起著非常重要的作用。

不損害構(gòu)件是無損檢測最大的特點，但其并不能完全代替破壞性檢測，在必要時需要把無損檢測與破壞性檢測相結(jié)合，以便更精確地分析存在的問題。在實際應(yīng)用中需要正確地選用合適的無損檢測時間和方法，以便正確地評價鍋爐的性能。無損檢測方法一般包括：射線檢測、超聲波檢測、聲發(fā)射檢測、磁粉檢測和滲透檢測。

1.射線檢測

射線檢測主要用來檢測鍋爐中焊接接頭的內(nèi)部缺陷，如氣孔、未焊透和裂紋等。用于無損檢測的射線包括X射線、高能射線和γ射線等，其中X射線最為常用。射線檢測適合檢測厚度比較薄的構(gòu)件和對接焊縫，它能較為直觀地反映缺陷的大小、位置、性質(zhì)和形狀，并且因為有底片，可以長期保存結(jié)果。對于體積類缺陷（如縮孔），由于在X射線透照方向的厚度差較為明顯，因此檢出率比較高;而對于面積型缺陷（如裂紋），只有當(dāng)射線照射方向與裂紋方向平行時，才能準(zhǔn)確檢驗出來。由于射線檢測成本高、檢測速度慢，且在檢測過程中需要接近構(gòu)件的兩面，因而在實際應(yīng)用中會受到一定的限制。此外，射線對人體有害，在檢測過程中需要做好注意安全防護措施。

2.超聲波檢測

超聲波檢測適用范圍較廣，其是基于超聲波直線傳播的原理來完成對鍋爐部件的檢測。用于檢測的超聲波頻率一般為0.4MHz～25MHz，其中1MHz～5MHz頻率被廣泛使用。與射線檢測相反，超聲波檢測在檢測過程中無法得到視覺圖像，其適合檢測厚度較大的構(gòu)件且對面積缺陷的檢出率較高。超聲波檢測具有速度快、價格低、檢驗效率高、重量輕、方便攜帶及對人體無危害等優(yōu)點。然而，構(gòu)件的外形、晶粒度、表面粗糙度及材質(zhì)會對檢測的可靠性產(chǎn)生影響。

3.磁粉檢測

磁粉檢測適合對鐵磁性材料表面或者近表面的缺陷進行檢驗。在鍋爐中大多采用鐵磁性材料，且許多潛在性失效（如疲勞裂紋）的產(chǎn)生和發(fā)展都是從構(gòu)件表面開始的，因此適合將磁粉檢測技術(shù)應(yīng)用于鍋爐的日常檢測中。磁粉檢測具有工藝簡單、檢測靈敏度高、成本較低和檢測速度快的優(yōu)點;但由于檢測深度在1mm～2mm之間，因此只可以確定缺陷的形狀、大小和位置，難以確定缺陷的高度。

4.滲透檢測

滲透檢測通常用來檢測具有表面開口缺陷的構(gòu)件（不包括疏松多孔類材料），即使是形狀比較復(fù)雜的缺陷，也可僅通過一次操作就基本完成全面檢測。滲透檢測的設(shè)備簡單，易于操作，但存在檢測耗費時間長、檢測靈敏度較低、部分試劑價格較貴和有毒的問題。根據(jù)滲透劑的染料成分，一般可分為著色法、熒光法和熒光著色法這三類;而根據(jù)顯像劑類型，可分為濕式顯像和干式顯像這兩種。在使用過程中，要根據(jù)構(gòu)件的情況、檢測量、水源和電源等條件來選擇合適的滲透探傷方法。如：在不方便尋找水源和電源的環(huán)境中，可以選擇溶劑去除型著色法。

5.聲發(fā)射檢測

一般來說，動態(tài)的缺陷是鍋爐安全隱患的主要原因。然而傳統(tǒng)的無損檢測（如磁粉檢測）只能檢測靜態(tài)缺陷。聲發(fā)射技術(shù)不需要逐一掃描鍋爐的缺陷部位，只需要幾個固定的傳感器就能完成部件的檢測。基于聲發(fā)射技術(shù)，可以獲得在受力情況下鍋爐部件缺陷的產(chǎn)生、運動和發(fā)展情況，從而提供缺陷隨時間、溫度和壓力等變量而變化的實時信息。聲發(fā)射檢測技術(shù)靈敏度高，不受材料限制，可實現(xiàn)在線檢測。然而聲發(fā)射檢測存在以下問題：①檢測的設(shè)備較為昂貴;②對天氣環(huán)境要求較高;③不能定性的分析缺陷。因此，聲發(fā)射檢測技術(shù)需要與其他檢測技術(shù)相配合，以便更好地掌握部件缺陷的詳細信息。

結(jié)束語

鍋爐在人們的日常生活和國民經(jīng)濟中起著非常重要的作用。廣泛應(yīng)用于發(fā)電、機械、食品加工、采礦、采暖、石油、保溫、紡織等行業(yè)。鍋爐是密閉容器，工作環(huán)境比較差，容易產(chǎn)生腐蝕、裂紋、變形和磨損等缺陷，所以要及時發(fā)現(xiàn)缺陷，防止鍋爐損壞。采用無損檢測技術(shù)可以及時發(fā)現(xiàn)鍋爐存在的問題，避免事故的發(fā)生。此外，在實際應(yīng)用中，有必要將多種無損檢測技術(shù)靈活組合，以確保檢測的準(zhǔn)確性和有效性。

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