火力发电厂锅炉四管的无损检测和防漏

一、锅炉四管无损检测技术的应用现状

（一）锅炉四管的常规无损检测方法

在火力发电机组运行维护领域，水冷壁管、省煤器管、过热器管以及再热器管常年处于高温高压与复杂腐蚀耦合的服役环境中，故而工程技术人员倾向于采用穿透力显著、对体积性缺陷响应灵敏的超声检测技术对管壁内部裂纹、气孔和夹杂进行实时监测，并辅以结果可记录、图像直观的射线透照手段评价焊缝完整性与结构均匀性，再结合对电磁特性差异高度敏感的涡流检测装置对表面及近表面微裂纹开展精细扫描。

（二）锅炉四管无损检测设备的选择原则

针对受检部件材质、几何形状与服役环境差异显著的现实条件，检测设备的遴选需综合考虑探测深度、分辨能力、数据采集效率以及现场操作安全性等因素，故而当需评估管道内外壁深层缺陷时，可选用配备聚焦探头与可视化成像模块的相控阵超声系统完成高密度扫查。而在关注焊缝内部气孔、未熔合与夹渣等缺陷的工况下，采用数字化射线检测设备不仅能够获得高分辨率影像，还便于后续缺陷尺寸定量与历史对比；若以表面及近表面裂纹为主要考量，则频率范围可调、具备涡流阵列探头的便携式涡流仪器能够在不拆除绝热层的情况下迅速完成大面积扫描。磁粉检测装置则因其对漏磁场扰动高度敏感而适宜用于含铁素体材料的局部裂纹检出。声发射传感与实时数据分析系统可在机组运行态对裂纹尖端释放的弹性波进行在线捕获，从而为寿命预测模型提供动态参数。

二、无损检测技术在锅炉四管防漏管理中的应用

火电机组长期高负荷运行和频繁调峰变负荷运行的客观现实要求运行维护部门以主动式风险控制理念为指导，将声发射、相控阵超声、数字射线、涡流阵列、漏磁遥测等多手段检测任务融合为定期巡检制度，由此建立一套可追溯的缺陷演化数据库，进而在机组计划停运或负荷调整窗口期对壁厚减薄趋势、焊接接头缺陷尺寸变化速度以及晶间腐蚀萌生位置完成量化评估，而后通过寿命计算模型结合历史运维记录生成检修工单与备件计划。在此闭环管理框架内，超声测厚值与声发射事件计数可直接映射至剩余强度评价曲线，涡流与漏磁信号经数值滤波与自动分类算法处理后成为表层裂纹深度的先验参数，综合结果以热力学安全裕度形式呈现给运行班组，因此泄漏隐患常在微观阶段即被识别并纳入修复日程，机组稳定性与经济性得以同步提升[1]。

三、锅炉四管防漏技术措施的实施

（一）强化材料防护与涂层技术

针对炉膛辐射区与对流受热面温差循环幅度大、灰粒冲刷强度高的服役环境，材料工程人员已在镍基、铁镍基及奥氏体不锈钢管坯之外，引入含钒、铌、钼与稀土强化元素的超高温合金以及内衬高熵合金复合管结构，用以抑制晶界扩散与腐蚀产物生成速率。与此同时，采用冷喷、超音速火焰喷涂、高速电弧喷涂等技术沉积的 Cr₃C₂ -NiCr、NiCrAlY 以及 Al₂O₃-TiO₂ 等致密涂层可在高温氧化与硫腐蚀协同条件下维持低孔隙率和高结合强度，加之在线激光熔覆或脉冲微弧氧化对局部磨损区的快速修复，使受热面获得类自愈特征，综合失效概率因而呈指数级下降。

（二）优化管道设计与布置方法

锅炉四管设计团队在三维建模阶段借助计算流体动力学与有限元耦合分析，对二次风偏差、烟气冲击角度、悬吊钢架膨胀位移及支撑刚度进行多目标优化，以减少局部热应力峰值与流固耦合振动。管束间距与排列角度经烟气颗粒轨迹模拟后被调整至冲刷最小化区间，配合阶梯过渡半径与无根部缺口坡口形式的焊缝结构设计，使得焊接残余应力峰值得到平滑过渡。再辅以可调式弹簧支吊架与连杆机构吸收热膨胀位移，整机运行期间管壁内压与外部约束之间的耦合载荷因而被抑制在可控范围，疲劳裂纹萌生寿命显著延长，最终使泄漏事件概率保持在极低水平直至下一个大修周期。

四、锅炉四管无损检测的实施与技术应用

（一）磁粉检测技术的应用及有效性分析

磁粉检测依赖漏磁吸附铁磁粉末的显影机理，在无需拆卸管束且作业强度较低的条件下即可暴露表面与近表层裂纹，其图像轮廓清晰直观，便于尺寸测量；结合裂纹方向、分布及组织检查，可追溯疲劳、热冲击或应力腐蚀根源，再配合打磨、焊补或局部换管修复，停机时间与运维成本同步压缩。

（二）超声波检测技术的实施步骤及效果分析

超声检测在探头、耦合剂与校准试块匹配完成后将高频脉冲透入金属壁厚，系统依据回波时间与幅值变化绘制 ΔA 扫或 C 扫成像，用以判断裂纹深度、孔洞体积及减薄程度；检测记录上传数据库比对历史曲线，缺陷扩展速率与剩余寿命可被预测，检修窗口和材料采购计划据此精确制定，无谓停机得以避免。

（三）射线检测技术的优势及适用条件探讨

射线透照采用 X 射线或伽马射线穿透焊缝与厚壁区域，缺陷投影产生黑度差异，便于对未融合、夹渣及气孔进行定量评估，底片或数字图像归档后亦可用于长期趋势分析；电离辐射存在生物安全风险，现场须配置屏蔽与警戒，持证人员操作，该技术多在关键焊口及大修节点抽检，可在可视化精度与经济投入之间维持平衡 [2]。

五、锅炉四管防漏措施的实施方案与实践效果

（一）表面涂层防护技术的实施效果评估

表面涂层防护技术依托高结合强度的金属基或陶瓷基复合涂层体系，在管道外壁形成涂层，屏障在千摄氏度级热浪和含硫含氯烟气长期冲刷环境中保持极低氧离子渗透率，显著减缓氧化、腐蚀及磨蚀速率；现场运行数据表明，采用冷喷、超音速火焰喷涂或激光熔覆工艺施工的涂层管束历经三个检修周期未出现早期点蚀扩展及壁厚减薄超标，机组非计划停运次数从年度平均两次降至零次，检修费用同步削减逾四成，而涂层配方选取、基体表面粗化、施工温湿度控制及定期厚度复测均需严格遵循工艺规范方可保证长期防护效能。

（二）管道材料升级及替换技术实施的必要性分析

机组服役年限增长导致传统低合金钢管组织稳定性下降且晶界析出促使高温腐蚀加剧，运维部门在大修窗口采用含铬超过五分之一并加入钼、钨、铌强化元素的新型奥氏体与铁镍基合金管，配合原位自动焊接缩短更换时间，改造后壁厚均匀性与抗蠕变性能提升显著，等效应力水平降低约两成，高温泄漏风险指数从高危区降至可控区；尽管一次性投资增加约十五个百分点，停机时间压缩与备用容量需求下降带来的经济收益使改造成本在三年内收回。

（三）在线监测与预警系统的技术优势与发展前景

受热面高风险截面铺设光纤光栅与电磁声换能器多参量监测网络，将温度、壁厚、振动、应力等数据以秒级分辨率并行采集并上传云端平台，数据驱动算法通过异常模式识别可提前二十四小时发出高置信度预警；实际运行中系统捕捉到一例水冷壁微裂纹并指导及时换管，避免蒸汽喷泄停炉事故，设备完好率与运行自主化水平随之提升，随着高温耐受传感器性能增强与预测模型迭代完善，该在线监测预警方案在火电机组长周期安全运行管理中的应用空间将进一步扩大。

六、结论

火电厂锅炉四管无损检测与防漏措施的科学实施，不仅直接关系到锅炉设备的稳定运行及电厂的经济效益，同时也是保障电厂安全生产和提高能源利用效率的重要手段；电厂运行管理部门应进一步加强相关技术研究与实践，持续优化检测技术与防漏策略，构建更加完善的锅炉四管安全管理体系，推动电厂设备管理水平的不断提升，为电力企业实现安全、高效、经济的生产目标提供坚实的技术支撑与保障。

参考文献：

[1] 张越, 田冰, 许建峰, 等. 火力发电厂锅炉四管的无损检测和防漏[J].集成电路应用 ,2020,37(12):162-163.

[2] 赵玉林 . 分析无损检测技术在火力发电厂锅炉“四管”检验中的运用[J]. 科技创新与应用 ,2017,(14):133.