余热锅炉无损检测技术探讨

余热锅炉无损检测技术探讨

周胜 闻中全 史玮俊

江苏华能检测科技有限公司

【摘要】在社会节能减排的战略要求之下，最大限度利用余热资源是各生产企业实现可持续发展的关键点，也是实现节能减耗目标的主要途径之一。在这一过程当中，余热锅炉作为重要的设备起到稳定生产运行的功能，而余热锅炉本身设备工况较为复杂，结构特殊，对于质量要求较高。如果出现质量缺陷，将会导致严重的事故或其他安全问题，相关技术人员应该准确掌握设备的无损检测技术，合理开展定期维护与检验检测工作。

【关键词】余热锅炉；无损检测；技术探讨

0.引言

我国逐渐从制造业大国朝着制造业强国的方向迈进，装备制造领域不断得到升级和发展，在“十四五”纲要中国家再次强调了“深入实施制造强国战略”，增强制造业竞争优势，推动制造业高质量发展，而各类特种设备在工业生产环节起到了非常关键的技术保障作用。一直以来，我国都对锅炉安全问题非常重视，并出台了各项有关元件设计与制造安装等方面的规定。对此检验检测人员应足够重视这些方面的内容，从而提升检验检测工作质量。

1.无损检测技术的应用和特征

1.1 技术应用

无损检测本身是指在不影响或不破坏被检测对象组织和性能的前提下，利用声、光等特性并配合现代化技术仪器手段，使用物理或化学方法对被检测对象的内部或表面进行缺陷评估，从而确定被检产品的性能指标和质量稳定性，进一步判断被检产品是否能够满足实际的使用需求，保障其产品性能和使用周期。无损检测是产品生产质量控制和在役产品安全评估的最有效的一种技术手段。例如，我们熟悉的超声波检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测就是常见的无损检测方法。其中，超声波检测和射线检测主要侧重于对工件内部的缺陷检测，而磁粉检测、渗透检测和涡流检测则更侧重于工件表面或近表面的缺陷检测。

除此类无损检测技术之外，如红外检测、金属磁记忆检测等方法在工作中也得到了很好的应用。红外检测利用红外辐射得到温度分布信息，从而判断余热锅炉的运行状况或是余热锅炉内部是否存在缺陷，且红外热像仪携带方便，而且处理速度非常快，检验检测过程当中基本不会受到构件表面的影响；金属磁记忆检测方法致力于应力及变形集中区的预诊断，不需要对工件表面施加任何激励，而是通过获取工件在地球磁场和工作载荷作用下形成的天然磁性来工作的，属于一种被动检测方法，该方法灵敏度较高，可以预防突发产生的疲劳损伤，与其他检测方法配合使用，效果更为稳定^[1]。

1.2 特征

由于传统材料分析技术大多具有破坏性，所以无损检测在实际应用当中不会影响到被测对象的内部组织与使用性能，能够全方位地达成检测要求。即便是对于某些新产品而言，无损检测技术同样可以发挥可靠性和直观性的特征，检测结果识别判断简单可以以数字化的方式呈现在人们面前，并以图像的方式展开对缺陷的定性定量判定。

1.3 无损检测的目的

无损检测的目的主要体现在两个方面，一是进行质量管理和质量鉴定，对设备的缺陷情况或组织结构进行监控，判定产品在某些特殊环境下是否能保持质量优势；二是进行在役检测，即及时发现设备潜在的运行和使用隐患，以便于采取应对措施，避免各类安全事故的产生，与此同时对于某些大型设备而言还可以发挥更加显著的经济社会价值。不同的检验检测方法有着不同的技术特点和优劣势，需根据实际工作需求进行选择，配合使用。

2.余热锅炉无损检测技术的具体应用

余热锅炉是利用各种工业过程中的废气、废料或废液中的余热及其可燃物质燃烧后产生的热量把介质加热到一定温度的锅炉，属于特种设备，无损检测技术当中，同样采用超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测等方法。

2.1 余热锅炉制造阶段无损检测

锅炉的制造阶段相当来说还是比较复杂的，涉及到锅炉、压力管道及其他元件，其中锅炉筒体生产工艺当中包括切割卷制、焊接、检测和组装等，在制造检测阶段属于工厂化运转，其中常规的无损检测方法都是能够用到的，为了提高生产效率，其中对原材料自动化检测方法运用的比较多，如超声波自动检测、工业电视、涡流检测等等，现在随着技术的升级，对焊接件也开始运用自动或者半自动检测方法，如数字射线检测方法的运用，特别是直接数字化射线检测技术，该技术是指采用分立探测器阵列完成射线检测的技术，对受热面管道焊接接头的应用也在推广中，数字图像可以方便地进行图像处理和信息传输交换^[2]，快速并且直接成像等特点将在后续的检验检测中得到快速发展。

2.2 余热锅炉安装阶段无损检测

锅炉属于特种设备的一种，在制造安装中需要严格执行国家相应的技术规范，其中主体的技术规范为《锅炉安全技术规程》TSG 11-2020，其中对无损检测方法的规定主要为：射线、超声、磁粉、渗透、涡流等，其中为了克服A型脉冲反射法超声检测中不可记录问题，推广了衍射时差法超声检测（TOFD）技术，TOFD检测技术是一种利用缺陷端点的声波衍射传播时间差来进行缺陷检测与定量的技术

^[3]，该方法的使用有效的解决了超声检测记录存档等问题，所采集的图像可以像射线底片一样供更多人参与评价，使得检测结果更加客观准确。当然该技术需要采用一发一收双探头检测，在余热锅炉安装过程中，需要使用大量的弯头进行组装，其中又有很多无直段的弯头，尽管仪器厂家尝试使用各类扫查架，但是对弯头、封头等位置的焊接接头依旧无法得到全面的检测结果。现在得益于强大的计算机处理能力，相控阵检测技术迅速发展，可以有效的解决这一问题，相控阵检测技术是根据设定的延迟法则激发相控阵阵列探头各独立压电晶片（阵元），合成声束并实现声束的移动、偏转和聚焦等功能，再按一定的延迟法则对接受到的超声信号进行处理并以图像的方式显示被检对象内部状态的超声检测方法，与传统的A型脉冲反射法超声波相比具有以下优点：①声束精确可控，灵活性强，尤其适用于复杂工件的检测，如汽轮机部件上叶片、螺栓等工件的检测；②缺陷以图像方法显示，直观可记录，重复性好，属于可记录的脉冲反射法超声检测，符合TSG 11-2020中4.5.4.5注4-2对超声检测方法的要求；③相控阵超声检测的速度更快，同时能够获得更好的检测灵敏度、分辨率和信噪比；④相控阵超声检测对现场数据采集操作人员的要求降低。

另外，在锅炉安装过程中数字射线检测新技术同样得到了应用，成像速度快，并且直接免掉了暗室处理环节，对环境来说无疑是一次质的提升，非常适合现场的监督检查工作。在安装现场检验检测过程中，相控阵检测技术和数字射线检测技术均得到了很好的验证，但是此类方法并未明确的写进TSG 11-2020中，一般需要通过技术评审后实施。同时相关持证人员的培训相对滞后，目前相控阵中级检验检测人员的考核通过率较低，制约了此类技术的推广。

2.3 余热锅炉在役过程无损检测

以锅炉为代表的各类焊接密封设备，在长期放置或运行过程当中经常会受到环境温度或载荷等多种因素的影响，产生腐蚀或疲劳开裂等缺陷。特别是在含硫环境中，随着温湿度的变化，在长时间运行过程中，会导致管道腐蚀甚至穿孔爆裂。并且很多部位在温度或压力的共同作用下，会产生多种类型的微观缺陷，并逐步发展为宏观裂纹，因此疲劳过程和腐蚀的影响会比较强烈^[4]。

在役过程中无损检测方法除射线、超声、磁粉、渗透、涡流等方法外，目视检测、超声测厚、声发射等技术都得到了广泛的应用。由于在役检测有其特殊性，对缺陷的评定不能够以制造安装阶段为准，NB/T47013相关标准中已经将在役设备的评价单独列分，在定检过程中，一般采在停机后进行无损检测工作，其停机维护成本相对较高，近些年来，随着新的无损检测技术的发展和推广，各方都在探索不停机无损检测方法，其中数字射线检测高的宽容度及强大得计算机处理能力，特别在管道不拆保温层检测中得到了广泛的认可，很多机构已经在使用该技术，同时还将该项技术推广应用到管道的测厚及测量腐蚀中去。

3.结语

考虑到余热锅炉的运行工况稳定性和流程控制难度都非常显著，所以在设备的安装及后续的检验检测过程当中，工作人员应该进一步理解无损检测技术的应用和价值，对某些应力集中部位和焊接接头等关键区域进行重点检测或监控。在实际过程当中，根据设备类型和缺陷部位选择最佳检验检测方法，努力掌握各类检验检测方法特别是对新技术的推广是后续工作环节的重点。本次探讨所介绍的相关无损检测方法在锅炉运行环节可以起到一定的安全保障功能，今后将继续围绕无损检测技术的深度发展展开内容探索。

【参考文献】

[1]米文忠.余热锅炉无损检测方法及应用[J].黑龙江科技信息,2019(08):170-171.

[2]郑世才,王晓勇.数字射线检测技术[M].机械工业出版社,2019.

[3]刘礼良.厚璧压力容器的超声衍射时差法（TOFD）检测技术[D].南昌:南昌航空大学, 2013.

[4]黄长辉.无损检测技术在锅炉压力容器检验中的应用[J].商品与质量,2019(01):22.

第一作者简介：周胜（1984.02），男，汉族，江苏盐城人，本科，工程师，江苏华能检测科技有限公司，研究方向：特种设备检验检测技术、质量监督控制、质量管理。

第二作者简介：闻中全（1992.10）男，汉族，江苏溧阳人，本科，助理工程师，江苏华能检测科技有限公司，研究方向：无损检测。

第三作者简介：史玮俊（1990.02）男，汉族，江苏溧阳人，本科，助理工程师，江苏华能检测科技有限公司，研究方向：无损检测。