凝汽器热交换管泄漏会造成锅炉给水水质恶化,严重危害机组安全运行。提出涡流检验技术对已泄漏的管子有很高的检出率,且对管壁腐蚀、冲刷减薄等有很好的预测能力,因而对存在缺陷隐患的热交换管可及时处理,预防事故的发生。
凝汽器是使汽轮机排汽变成凝结水的热交换设备。凝汽器作为凝汽式汽轮机组热力循环的冷源,对整个电厂的安全、经济运行具有重要作用。凝汽器中装有大量的换热管,并通以循环冷却水。凝汽器热交换管泄漏会导致锅炉给水水质恶化,甚至降低汽轮机效率,危害汽轮机安全运行。近年来,采用内穿过式自比差动线圈的涡流检测方法是检测凝汽器热交换管内、外壁缺陷,保证机组安全、稳定运行最有效和可靠的无损检测方法,也是热交换管检测中应用最广泛的无损检测方法。
1凝汽器换热管泄漏
1.1泄漏的原因
造成凝汽器泄漏的原因有多种,主要有以下几类:
(1)凝汽器铜管在冷却水中的腐蚀有均匀腐蚀与局部腐蚀两类。发生均匀腐蚀时,铜管以极缓慢的速度溶解,此时其使用年限仍然可达10~20年,且可以通过数学计算确定其腐蚀减薄速率和材料的使用年限,故其危害性并不严重。局部腐蚀是较危险的,此时材料并未发生均匀腐蚀减薄,而是在局部发生点蚀并向纵深发展,最终导致材料失效,铜管的泄漏往往起源于此。
(2)汽轮机在安装过程中及机组大、小修揭缸时,工具或设备零件落入凝汽器中,造成凝汽器换热管损伤或泄漏。
(3)汽轮机附属设备的疏水对换热管表面的冲刷磨损造成凝汽器泄漏。
(4)管子泄漏时用另一材料加以封堵(管堵),由于管堵材质选择不当,其耐蚀性和膨胀性较差,随着服役周期延长和环境温度的变化容易发生腐蚀、脱落、老化等问题,即发生复发性泄漏。
(5)管端与管板连接部位有焊接缺陷,造成凝汽器微漏。
1.2泄漏的危害
凝汽器泄漏是火力发电厂汽水品质不合格的主要原因。凝汽器泄漏使冷却水进入凝结水中,锅炉给水水质恶化,如果处理不当,最终会导致过热蒸汽品质不合格。凝汽器管发生泄漏,轻则导致发电机组降负荷运行进行堵漏处理;重则造成省煤器、水冷壁腐蚀导致爆管,甚至造成汽轮机叶片结垢,降低汽轮机效率,危害汽轮机安全,其直接损失和间接损失是不可估量的。
1.3泄漏检测
凝汽器换热管查漏一直是电厂的难题之一。当机组处于运行状态凝汽器发生半侧泄漏时,可以停止泄漏的半侧进行查漏,检查是否发生管堵脱落或松弛,或出现新的泄漏点。
当机组停机时,凝汽器检测的方法有涡流检测和汽侧注水查漏。汽侧注水查漏虽然直观,但检出率不高,尤其是对微漏和将要漏而尚未漏的管子无法准确检测出来,不能保证检修质量。从20世纪90年代开始,随着计算机技术的发展和应用,涡流探伤技术在阻抗分析法、探头制造等方面取得了重大突破,从而使涡流检测技术得到普遍应用。
2涡流检测原理
涡流检测是以电磁感应原理为基础的一种常规无损检测方法。当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时,由于激励线圈磁场的作用,试件中会产生涡流,而涡流的大小、相位及流动形式受到试件导电性能的影响,同时产生的涡流也会形成一个磁场,这个磁场反过来又会使检测线圈的阻抗发生变化,见图1。因此,通过测定检测线圈阻抗的变化,就可以判断出被检测试件的性能及有无缺陷等。
在役机组热交换管的涡流检测,通常采用多频检测阻抗分析技术,检测探头采用内穿过式自比差动线圈,见图2。差动式线圈的信号输出端是两个匝数相同、绕向相反的串接线圈的两端。当两个串接的检测线圈所处检测部位的电磁特性相同时,两个线圈两端则会产生大小相等而方向相反的感应电压,因此输出电压为零;当两个检测线圈所处检测部位的电磁特性出现差异时,两个线圈两端则会产生大小不等、方向相反的感应电压,因此在输出端形成不为零的电压信号。
对缺陷深度的评价,是建立在利用一组不同深度人工缺陷绘制的“缺陷深度与响应信号相位角关系曲线”的基础上。为了更容易识别信号的相位角和判定缺陷的深度,将不同深度缺陷响应信号的相位角控制在不超过180°的范围,约定将通孔缺陷响应信号的相位角设定40°,外表面上不同深度缺陷在40°~180°范围内显示。根据对比试样上缺陷不同深度与响应信号相位角的关系制作成曲线。
3涡流检测应用案例
江苏某电厂2号(300MW)机组凝汽器原为上海电站辅机厂制造的单壳体、对分、单流程、表面式凝汽器,2004年该电厂采用Siemens公司技术,对原机组通流部分进行了改造。改造后的凝汽器铜管更换为湖南长沙铜铝材厂生产,材质为HSn70-1B,管子直径为20mm、壁厚为1mm,空抽区材质为BFe30-1-1。2号机组凝汽器发生多次铜管泄漏事故,严重影响了机组的安全、经济运行。2010年2号机组检修期间,对16121根管进行涡流抽查检验。
按照JB/T4730—2005《承压设备无损检测》要求制作对比试样,用一系列不同深度的平底孔和周向环槽来模拟实际缺陷。用阻抗平面法进行信号分析时,将不同深度人工缺陷的相位作为信号评定的参考值,建立评定曲线(见图4)。涡流检测使用的参数为主频f1=25kHz,辅频f2=12kHz。
经检验发现凝汽器铜管腐蚀、冲刷严重和通孔形缺陷共计517根,管子腐蚀穿孔形貌见图5,管子冲刷减薄后的形貌见图6。剩余壁厚为60%~80%原壁厚的管子共计372根,为提高经济效益,对通孔形缺陷、腐蚀、冲刷管壁减薄严重的管子全部更换为不锈钢管。经对更换铜管的缺陷进行测量,缺陷的性质和实际大小与现场涡流检验结果能很好地对应。
4结语
凝汽器泄漏造成锅炉给水水质恶化,影响机组安全经济运行,凝汽器热交换管的停机检验至关重要。涡流检验技术不但对已经泄漏的管子有很高的检出率,而且对管壁腐蚀和冲刷减薄有准确的预见性,可为热交换管的失效分析和凝汽器改造提供可靠的依据。依据涡流检测结果对存在缺陷的热交换管采取正确的处理、预防和改进措施,有助于确保机组的安全经济运行。