抽水蓄能电站压力钢管的无损检测技术

引言

目前，在绿色发展理念的推动下，新能源产业得到了快速发展，抽水蓄能电站作为绿色产业之一，其主要作用为调频调向相、调峰填谷，在电力 ，压力钢管作为抽水蓄能电站引水系统中的核心部件，其作用为输送高压 高水头的水流冲击，导致对压力钢管遭受极大破坏，如腐蚀、裂纹、壁厚减薄等，进一步对抽水蓄能电站的安全性和稳定性造成威胁。

狼牙山抽水蓄能电站 4 号机组压力钢管已工作 16 年，其钢管的材料类型为 16MnR 钢板衬砌，压力钢管全长 390m，长时间承受 144.58m 静水头的压力。为确保抽水蓄能电站的安全性和稳定性，利用无损检测技术包括焊缝无损检测、外观检测、应力检测、腐蚀量检测、有限元计算等，对压力钢管实现了全方位检测。根据检测结果评估与分析，需要选择合适的无损检测技术，有效识别压力钢管中存在的缺陷，确保抽水蓄能电站的安全性和稳定性。基于此，加强无损检测技术在抽水蓄能电站压力钢管的应用，有效降低抽水蓄能电站的安全风险。

1 常用无损检测技术

1.1 超声波检测技术

超声波检测技术的原理为利用超声波在介质中的传播速度检测存在的缺陷问题。通常缺陷会发生折射、反射等现象，接收与反射的信号可直接判断缺陷的具体位置和性质。将该技术应用在压力钢管检测当中，可通过管壁的厚度对钢管是否存在缺陷问题进行判断。

超声波检测的优点为，检测速度较快、绿色环保、能够快速有效的检测出体积与面积的缺陷，全过程实现自动化检测，通过搭载机械臂和爬壁机器人对压力钢管的各个部位进行全方位检测。利用该技术时需由专业的高技术操作人员进行检测，需要有专业人员对缺陷性质进行判断。此外，超声波传播路径较为曲折，针对压力钢管中的复杂部位无法实现检测，从而产生检测盲区。

同时，超声波检测技术可对焊接处的紧密程度进行 确保压力钢管在制造阶段的质量。在运行过程中，可利用该技术对部分重要节点的焊接处和应力集中部位 行检测，及时发现并阻止裂纹的产生和扩展。

1.2 射线检测技术

射线检测技术借助 x、y 射线穿透物质时的衰减特性，并通过数字或胶片成像设备对射线穿透后的工件的强度分布进行记录，从而对内部缺陷进行判断。射线检测技术可应用于检测钢管内部的体积性缺陷，包括密集性夹渣、气孔等，能有效、直接地对缺陷的形状和分布进行展示。

射线检测的优势在于能有效精准的识别缺陷的性 线的底片和数字图像进行长时间保留。但该技术也存在一定的缺点，射线对人体具有 格控制辐射范围，在对面积型缺陷进行检测时灵敏度低，需从多方位角度进行照射提高 准度，射线检测技术成本高，检测效率低，在电站内部检测时，应用范围有限。

为了确保焊缝检测的精准性，在压力钢管制造阶段，可将射线检测技术与超声波检测技术相结合，实现互补提高检测质量。比如，超声波检测技术无法对复杂结构的焊缝进行检测时，可利用射线检测技术。

1.3 磁粉检测技术

磁粉检测技术采用的原理是，将铁磁性材料磁化后，缺陷部位会产生漏磁场，吸附磁粉形成磁痕，从而显示缺焊的位置及形状。一般状况下，压力钢管采用的是低合金钢和低碳钢的铁磁性材料，可利用磁粉检测技术对压力钢管表面存在的缺陷进行检测，从而显示表面的咬边、针孔以及裂纹。

磁粉检测技术的优点包括，能直接展示缺陷的大小以及形状、对裂纹的检测灵敏度高、整体操作简单、成本低，该技术主要应用于压力钢管内、外表面及坡口等多部位的检测。但该技术也存在一定的缺点，比如，只适用于铁磁性质的材料，适用范围受限；一旦被检测物的表面存在大量污垢或涂层，会影响检测的效果和精准度；对埋藏深度大的内部缺陷检测效果不明显。

磁粉检测技术在压力钢管安装阶段主要应用于坡口加工质量的检测，对表面焊接时可利用该技术检测表面是否存在缺陷；在压力钢管运行过程中，针对流速较快的区域如进口段、弯口等，进行表面检测，及时发现并制止表面的损伤。

1.4 渗透检测技术

渗透检测技术采用的原理是，借助液体的毛细作用，将渗透剂渗入表面开口的缺陷当中进行清理，然后借助显影剂将缺陷中的渗透剂吸附出来，从而展示表面的开口缺陷。该技术适用范围较广，一般适用于压力钢管中不锈钢部件的表面缺陷检测。

渗透检测技术的优势主要包括：对表面缺陷的检测灵敏度高，如裂纹、针孔等；适用于多种材质如金属、非金属等；检测设备操作简单且灵活。但该技术也存在一定的缺点，检测过程较为复杂，包括渗透、清洗、显影等多种程序，清洗时间长；无法对内部缺陷进行检测；该技术在检测过程中需确保检测工件表面的粗糙度，一旦粗糙度过大或过小会影响检测的精准度，从而影响缺陷识别。

该技术对压力钢管的异种钢焊接部位进行检测过程中，能弥补磁粉检测不足的问题，确保对缺陷部位的精准判断；此外，该技术可对设备维修后的表面进行检测，确保表面部位维修的质量。

2 无损检测技术在工程实践中的综合应用

2.1 检测方案的制定

在制定无损检测工程方案时，首先需对抽水蓄能电站压力钢管进行全方位观察和检测，其次，对钢管的总体结构、检测目的和运行状况进行分析， 最终， 根据 实际情况制定出科学有效的检测方案。本文以狼牙山抽水蓄能电站 4 号机组压力钢管为案例，对压力钢管实施全方位检测，包括上万段、上频段、下弯段、下频段、竖井段、尾水段，并根据不同部位的运行状况和特点，采用不同的无损检测技术方法。

在直管段对接焊接处，利用超声波检测技术对内部缺陷进行检测如图 1 所示，同时，与磁粉检测技术相结合，实现表面缺陷的检测。在不锈钢和异种钢焊接部位，可利用渗透检测技术对表面开口的缺陷进行检测。针对复杂结构部位如插管、弯头等，将射线检测技术与超声检测技术相结合，提高内部检测精准度，并利用磁粉检测技术对表面缺陷进行检测。为了解压力钢管整体状况，可利用外观检测技术和腐蚀量检测技术实现钢管的全方位检测。

图1 压力钢管用智能无人检测车结构示意图

2.2 检测结果的综合分析

通过对无损检测技术检测结果的综合分析，能有效判断压力，钢管整体的安全性和稳定性。狼牙山抽水蓄能电站 4 号机组压力钢管在检测过程中，利用超声波检测技术在上平段发现夹杂缺陷，通过评估发现该缺陷对压力钢管的损伤极小，将缺陷定义为 BII 级；同时，利用此文检测技术和渗透检测技术，未发现表面存在缺陷状况；对压力钢管外观进行检测过程中发现，部分区域存在锈包、浅绣坑等状况，利用腐蚀量检测技术，将其腐蚀程度定义为B 级，详细检测状况可参考图2。

（a）钢管典型一般锈蚀1 （b）钢管典型一般锈蚀2

图2 钢管管壁环缝及周边局部区域锈蚀状情况

对压力钢管进行安全检测过程中，将安全复核计算分为两种，分别为实测工况和设计工况。设计工况需要考虑压力钢管承受的最高流速和压力，从而计算出钢管结构强度的安全承受范围；在实测工况中，将有限元负荷计算结果和净应力检测结果相对比，进一步证实了两者的可靠性。

将应力检测和有限元计算结果相结合，计算出了压力钢管的静应力、动应力等。其中，净应力的最大等效应力设计为 77.9MPa，董应力最大等效应力设计为 92.4MPa，与相应的抗逆限制相比较低。通过对检测结果的评估与审核，将该压力钢管的安全等级设置为安全。

2.3 运维决策的制定

为了确保压力，钢管在运行过程中 无损检测结果进行评估、审核，最终制定科学有效的运维决策。根据狼牙 ，提出了相应的运维决策方案。为了有效提高缺陷识别的精准度和 压力钢管的压力进行定期审核；为了有效放慢腐蚀速度，可利用防腐涂层对锈坑区域进行修复；针对关键部位如10# 测点，提高监测频率。

以上运维决策的制定，根据压力钢管的实际问题采取相应的措施，能有效提高压力钢管的使用寿命，降低安全事故风险的发生，促进抽水蓄能电站的安全、稳定运营。

3 无损检测技术的发展趋势

在科学技术的发展下，无损检测技术在抽水蓄能电站压力钢管中也不断创新优化，主要有以下几个特征：为多元化检测。对抽水蓄能电站压力钢管进行检测过程中，将多种无损检测技术相结合，实现各技术之间的优势互补，提高检测的质量和效率。此外，将大数据分析技术应用其中，实现对检测数据的深层次分析，对于压力钢管的安全性和稳定性进行深度评估。

二为智能化检测。在新型技术的发展下，将无损检测技术与人工智能、机器人等技术相结合，实现智能化检测，极大提高了检测的效率。比如，可研发自动识别缺陷，自动导航的检测机器人，实现压力钢管的自动化和智能化检测，有效提高了检测的质量和精准度。

三为在线检测的应用。为了加强对钢管缺陷变化和应力状况的监测，可开发在线无损检测技术，有效应对各种突发状况，确保电站运行的安全性和稳定性

四为绿色环保检测。可研究绿色环保的检测方法如无辐射性，减少检测过程中污染物的排放，实现检测过程中的绿色可持续发展。

结束语

无损检测技术将多种检测方式相结合，如磁粉检测、超声波检测、渗透检测、射线检测等，发挥各自优势提高抽水蓄能电站压力钢管检测的准确性和精准度，同时对检测方式的原理、局限性和优势进行了分析。通过具体案例结果的评估与分析发现，科学有效的运用无损检测技术，能够提高压力钢管缺陷检测的精准度和准确性，并为安全评估和运维决策提供信息保障。

在科学技术的创新发展下，可实现无损检测技术的绿色化、智能化、多元化、在线化发展，促进抽水蓄能电站压力钢管的安全稳定运行。未来，需不断加强对无损检测技术的创新发展，喂，抽水蓄能电站的安全运行提供技术保障。

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