電站鍋爐主蒸汽管道中噴嘴流量計(jì)的檢驗(yàn)檢測方法探討

　　摘 要 本文主要針對電站鍋爐主蒸汽管道中使用的噴嘴流量計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)檢測方法的探討，總結(jié)了市監(jiān)特函〔2018〕515 號函 [ 1 ] 中對流量計(jì)的具體要求，介紹了目前電站鍋爐主蒸汽管道中常用的噴嘴流量計(jì)類型，分析探討了噴嘴流量計(jì)的檢驗(yàn)檢測方法以及實(shí)際檢驗(yàn)過程中遇到的問題和案例，對電站鍋爐主蒸汽管道中使用的噴嘴流量計(jì)有更好的了解，對其今后的檢驗(yàn)檢測工作有一定的幫助。

　　自國家市場監(jiān)管總局辦公廳于2018 年7 月 3 日下發(fā)市監(jiān)特函〔2018〕515 號函之后，在電站鍋爐范圍內(nèi)管道的安裝監(jiān)督檢驗(yàn)及定期檢驗(yàn)工作中，對主蒸汽管道中使用的噴嘴流量計(jì)的檢驗(yàn)檢測工作有著重要的指導(dǎo)意義。在湖北當(dāng)陽矸石電廠事故之后，對主蒸汽管道中流量計(jì)的檢驗(yàn)檢測工作逐漸開始重視。噴嘴流量計(jì)的設(shè)計(jì)制造相對比較成熟，但是缺少監(jiān)管，缺少其檢驗(yàn)檢測方法的研究。市監(jiān)特函〔2018〕515 號函下發(fā)之前，電站鍋爐主蒸汽管道中使用的流量計(jì)大部分沒有經(jīng)過制造過程監(jiān)督檢驗(yàn)，本文主要針對電站鍋爐主蒸汽管道中使用的噴嘴流量計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)檢測方法的探討。

　　1 噴嘴流量計(jì)的工作原理

　　噴嘴流量計(jì)屬于節(jié)流式流量計(jì)，如圖 1 所示，主要由節(jié)流裝置和差壓計(jì)組成的流量測量儀表，由三部分組成：

　　（1）將被測流體的流量轉(zhuǎn)換成差壓信號的節(jié)流裝置，包括節(jié)流元件、取壓裝置、前后測量管，節(jié)流元件是在直線管道中，使流束產(chǎn)生收縮的裝置[2] ；（2）傳輸差壓信號的信號管路；

　　（3）測量差壓值的差壓計(jì)或差壓變送器及顯示儀表[3] 。

　　其工作原理是滿管的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置，流束在節(jié)流元件處收縮，則流速增加，據(jù)能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程[4] ，動(dòng)壓能和靜壓能在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)換，流速加快的結(jié)果必然要導(dǎo)致靜壓能的降低，因而在節(jié)流元件的前后產(chǎn)生了靜壓力差（或稱差壓）[5] 。流體的流速愈大，在節(jié)流元件前后產(chǎn)生的差壓也愈大，所以可通過測量差壓來衡量流體流過節(jié)流裝置時(shí)的流量大小[6] ，其原理圖，見圖 2。

　　2 主蒸汽管道中常見的噴嘴流量計(jì)類型

　　在電站鍋爐主蒸汽管道中，我們常見到的流量計(jì)，以ISA1932 噴嘴流量計(jì)和長徑噴嘴流量計(jì)為主。ISA1932 噴嘴流量計(jì)主要由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、兩支取壓管、兩個(gè)環(huán)式短節(jié)對接焊接而成，如圖 3、圖 4 所示。

　　長徑噴嘴流量計(jì)主要由一個(gè)長徑噴嘴、定位銷、支承環(huán)、兩支取壓管、測量管道組成，如圖 5、圖 6 所示。

　　3 市監(jiān)特函〔2018〕515號函中對流量計(jì)的具體要求3.1 設(shè)計(jì)制造的主要要求

　　根據(jù)市監(jiān)特函〔2018〕515 號函的要求，電站鍋爐主蒸汽管道中使用的流量計(jì)應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求進(jìn)行制造監(jiān)督檢驗(yàn)，未經(jīng)過制造監(jiān)督檢驗(yàn)的流量計(jì)不能用于主蒸汽管道中。流量計(jì)的殼體應(yīng)為整段式；若采用中間存在環(huán)焊縫的對接焊接式流量計(jì)，須經(jīng)過設(shè)計(jì)鑒定機(jī)構(gòu)的同意。

　　3.2 未實(shí)施制造監(jiān)檢的元件組合裝置（減溫減壓裝置、流量計(jì)（殼體）、工廠化預(yù)制管段，下同）的具體要求對于在建電站鍋爐，應(yīng)當(dāng)由建設(shè)單位委托具有相應(yīng)資質(zhì)的電站鍋爐檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對元件組合裝置的制造焊接接頭補(bǔ)充檢驗(yàn)檢測，包括對接接頭 100%射線或 100%超聲檢測、角接接頭100%表面檢測，對合金鋼材質(zhì)對接接頭還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行100%化學(xué)成分光譜分析、硬度檢測，必要時(shí)進(jìn)行金相檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)報(bào)告等作為鍋爐技術(shù)資料進(jìn)行存檔[7] 。未經(jīng)以上檢驗(yàn)檢測合格并出具補(bǔ)充檢驗(yàn)檢測報(bào)告的，監(jiān)檢機(jī)構(gòu)不得出具鍋爐安裝監(jiān)督檢驗(yàn)合格證書[7] 。

　　對于在用電站鍋爐，使用單位應(yīng)當(dāng)結(jié)合鍋爐檢修，委托經(jīng)核準(zhǔn)的檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)對元件組合裝置的制造焊接接頭參照上述要求進(jìn)行檢驗(yàn)檢測并保存檢驗(yàn)報(bào)告。若發(fā)現(xiàn)存在隱患應(yīng)當(dāng)及時(shí)處理，否則不能投用。

　　3.3 存在安全隱患的流量計(jì)殼體的具體要求

　　（1）核查所用流量計(jì)的設(shè)計(jì)資料和質(zhì)量證明文件（包括元件組合裝置的制造監(jiān)督檢驗(yàn)證書）等出廠資料是否齊全，并按照要求進(jìn)行補(bǔ)充檢驗(yàn)檢測，包括對接接頭100%射線或 100%超聲檢測，角接接頭 100%表面檢測，對合金鋼材質(zhì)對接接頭還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行 100%化學(xué)成分光譜分析、硬度檢測，必要時(shí)進(jìn)行金相檢驗(yàn)。

　?。?）對于檢驗(yàn)檢測不合格或者存在結(jié)構(gòu)不合理、材料錯(cuò)用、存在異種鋼焊接環(huán)縫的流量計(jì)殼體，應(yīng)當(dāng)立即更換滿足符合規(guī)定的流量計(jì)。

　　4 噴嘴流量計(jì)檢驗(yàn)檢測方法探討

　　在市監(jiān)特函〔2018〕515 號函發(fā)布之前，大部分電站鍋爐主蒸汽管道中使用的噴嘴流量計(jì)都未經(jīng)過制造過程監(jiān)督檢驗(yàn)，所以使用單位應(yīng)當(dāng)結(jié)合鍋爐檢修，委托經(jīng)核準(zhǔn)的檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)對所用的流量計(jì)的制造焊接接頭進(jìn)行補(bǔ)充檢驗(yàn)檢測。針對此情況，本文主要對主蒸汽管道中常見的兩種噴嘴流量計(jì)的檢驗(yàn)檢測方法進(jìn)行分析探討。

　　4.1 ISA1932 噴嘴流量計(jì)檢驗(yàn)檢測方法探討

　　此種流量計(jì)一般建議更換，按照市監(jiān)特函〔2018〕515號函的要求，未經(jīng)制造監(jiān)檢的該種流量計(jì)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充檢驗(yàn)檢測，包括對接接頭 100%射線或 100%超聲檢測，角接接頭 100%表面檢測，對合金鋼材質(zhì)對接接頭還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行100%化學(xué)成分光譜分析、硬度檢測，必要時(shí)進(jìn)行金相檢驗(yàn)。在用的 ISA1932 噴嘴流量計(jì)，由于結(jié)構(gòu)原因，目前很難進(jìn)行有效的補(bǔ)充檢測，一般建議使用單位更換。主要原因是ISA1932 噴嘴流量計(jì)結(jié)構(gòu)獨(dú)特，環(huán)室短節(jié)與噴嘴配合尺寸長度過小、厚度相差大、掃查寬度不足、取壓管位置受限，常規(guī)射線和超聲檢測很難有效對該流量計(jì)殼體中間的對接環(huán)焊縫進(jìn)行100%射線或100%超聲檢測，具體分析如下：

　　4.1.1 超聲檢測分析

　?。?）常規(guī)超聲 B 級檢測

　　按照NB/T 47013.3-2015 超聲B級檢測時(shí)，檢測范圍應(yīng)覆蓋所檢焊縫，且保證足夠的探頭掃查寬度，見圖 7。

　　某電廠此種流量計(jì)對接焊縫處的厚度約 25mm（見圖8），管道規(guī)格 273  11，屬于I型焊接接頭，應(yīng)選擇K值范圍為 2.0-3.0 的探頭，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般選擇 K 值為2.5 的探頭，則掃查區(qū)域應(yīng)大于或等于 1.25P=1.25  2 2.525=157mm，但該流量計(jì)實(shí)際掃查區(qū)域只有55mm左右（見圖 9）；若選擇符合要求的非常小 K 值探頭 K2 探頭時(shí)，掃查區(qū)域1.25P=1.252225=125mm，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際的掃查區(qū)域；即使選擇非常極端的 K1 探頭，實(shí)際掃查寬度仍然不能滿足要求，所以一次波有盲區(qū)，二次波掃查寬度不足，常規(guī)超聲檢測不能覆蓋整個(gè)檢測區(qū)。經(jīng)過實(shí)際現(xiàn)場調(diào)查，我市大部分電廠的此種流量計(jì)都是這種情況，掃查區(qū)域受限制，其次取壓管（見圖 9）附近的焊縫也很難進(jìn)行超聲檢測，所以常規(guī)超聲B級檢測很難有效達(dá)到100%檢測。

　?。?）常規(guī)超聲 C 級檢測

　　某研究機(jī)構(gòu)建議按照 NB/T 47013.3-2015 超聲 C 級進(jìn)行檢測，首先將對接焊接接頭余高磨平，用小晶片測厚儀確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后用直探頭對流量計(jì)母材及焊縫區(qū)域進(jìn)行檢測，用斜探頭選擇單面雙側(cè)一次波檢測，探頭盡量選擇較大 K 值探頭。這種方法缺陷檢出率相對比較高，根據(jù)波形波幅變化、缺陷位置可以檢測出未焊透、未熔合等缺陷，但是該方法也不能有效做到100%檢測，如圖9所示，取壓管附近的焊縫是很難進(jìn)行超聲檢測的。

　　（3）其他超聲檢測方法

　　現(xiàn)有研究機(jī)構(gòu)正在利用TOFD、相控陣技術(shù)對該種流量計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)檢測研究，給我們的檢驗(yàn)檢測工作帶來新的啟發(fā)和指導(dǎo)，而且TOFD和相控陣技術(shù)的靈敏度和缺陷檢出率都非常的高。

　　根據(jù)該電廠提供的流量計(jì)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行分析，若用TOFD掃查，需采用10M、3mm 的探頭、70 度楔塊，掃查方式應(yīng)選擇非平行掃查、兩側(cè)各一次偏置非平行掃查，焊縫兩側(cè)掃查面寬度應(yīng)準(zhǔn)備 60mm 以上，但實(shí)際掃查寬度只有55mm 左右，很難有效完成 100%檢測；其次，該種在用流量計(jì)的取壓管布置在兩側(cè)環(huán)式短節(jié)的中間位置，此位置有角焊縫、對接焊接接頭、取壓管，如圖 9所示，而且TOFD 檢測采用一發(fā)一收探頭對工作模式，如圖10、圖 11 所示，很難有效布置探頭，而且不易檢出橫向缺陷，很難有效完成100%檢測。

　　相控陣成像技術(shù)可以說是我們檢驗(yàn)檢測的一項(xiàng)福利，效率高、缺陷定位準(zhǔn)確、檢測靈敏度高、檢測結(jié)果直觀、重復(fù)性好、可實(shí)時(shí)顯示等。但是，對于該電廠此種流量計(jì)的檢驗(yàn)檢測也很難有效做到100%檢測，其結(jié)構(gòu)獨(dú)特，尤其是取壓管附近的對接焊接接頭，并且目前國內(nèi)還沒有確切的缺陷評定標(biāo)準(zhǔn)，缺陷的評定由合同雙方商定，或參照有關(guān)常規(guī)超聲標(biāo)準(zhǔn)，所以該種流量計(jì)在制造環(huán)節(jié)過程中應(yīng)加強(qiáng)對中間對接環(huán)焊縫的監(jiān)管，這也說明了對其進(jìn)行制造監(jiān)檢的必要性。

　　4.1.2 射線檢測分析

　　根據(jù)某電廠提供的設(shè)計(jì)圖紙和出廠證明資料，此流量計(jì)內(nèi)部存在節(jié)流元件且內(nèi)部結(jié)構(gòu)獨(dú)特，見圖 3、圖 12、圖13，常規(guī)射線 AB 級檢測很難實(shí)現(xiàn)檢測任務(wù)，取壓管附近也無法布片，筆者拍射的底片上基本上沒有影像。

　　4.1.3 結(jié)論

　　此種流量計(jì)從各方面成本來考慮，一般建議更換。首先很難對其中間對接環(huán)焊縫完成 100%補(bǔ)充檢測；其次若流量計(jì)殼體檢測出超標(biāo)缺陷，使用單位需要協(xié)調(diào)停爐，待主蒸汽管道降到適當(dāng)溫度后將該流量計(jì)從管道系統(tǒng)中解列，然后聯(lián)系制造廠家維修流量計(jì)，再聯(lián)系安裝公司將流量計(jì)恢復(fù)到原狀態(tài)，這期間涉及到使用單位、制造單位、安裝單位、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)等之間的協(xié)調(diào)溝通以及鍋爐停產(chǎn)后的影響，這種方法周期太長，企業(yè)付出成本太高，安全隱患持續(xù)時(shí)間太長，遇到此種流量計(jì)或者此種流量計(jì)殼體檢測出超標(biāo)缺陷的情況，一般建議更換。首先企業(yè)對該流量計(jì)做好監(jiān)控措施，同時(shí)盡快聯(lián)系訂購符合要求的流量計(jì)適時(shí)更換安裝，盡可能的減少各方面的成本，以及停爐帶來的影響，及時(shí)消除安全隱患。

　　4.2 長徑噴嘴流量計(jì)檢驗(yàn)檢測方法探討

　　此種流量計(jì)可以進(jìn)行補(bǔ)充檢驗(yàn)檢測，按照市監(jiān)特函〔2018〕515號函的要求，檢測項(xiàng)目只有角接接頭100%表面檢測。在實(shí)際的檢驗(yàn)檢測過程中發(fā)現(xiàn)此種流量計(jì)的噴嘴定位銷及焊縫表面存在裂紋或者開裂的現(xiàn)象，其案例如下：

　　案列一 定位銷開裂泄露

　　某電廠主蒸汽管道流量計(jì)定位銷開裂泄露，保溫棉已穿透，保溫鐵皮內(nèi)表面銹蝕腐蝕嚴(yán)重，見圖 14，此段主蒸汽管道的位置與湖北當(dāng)陽矸石電廠事故管道所處的位置相似，在主控室附近。

　　案例二 定位銷焊縫表面裂紋

　　某電廠主蒸汽管道流量計(jì)定位銷焊縫表面有裂紋，打磨約 0.5mm 后，裂紋消除，磁粉復(fù)探合格[8] 。根據(jù)裂紋特征，應(yīng)是制造時(shí)引起的弧坑裂紋，見圖 15。

　　結(jié)論：此種流量計(jì)在檢驗(yàn)檢測過程中，不僅僅要對角接接頭進(jìn)行 100%表面檢測，還要注意以下兩點(diǎn)：

　?。?）對該流量計(jì)噴嘴的定位銷及其焊縫表面進(jìn)行表面無損檢測，觀察有無裂紋或者開裂現(xiàn)象。

　?。?）對該流量計(jì)噴嘴的定位銷及焊縫表面進(jìn)行光譜分析和硬度檢測，確認(rèn)定位銷的材質(zhì)、使用的焊材和焊后熱處理是否符合設(shè)計(jì)要求。

　　5 總 結(jié)

　?。?）目前電站鍋爐主蒸汽管道中使用的噴嘴流量計(jì)主要按照 TSG GOOOl-2012、GD2000、GB/T 2624-2006、IS05167-2003、GB/T 16507 《水管鍋爐》、市監(jiān)特函〔2018〕515號函進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)。

　?。?）據(jù)某研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，很多未經(jīng)過制造監(jiān)檢的ISA1932 噴嘴流量計(jì)均存在不同程度的未熔合、未焊透等危害性缺陷，其缺陷很可能是來自于制造環(huán)節(jié)。從設(shè)計(jì)上來看，噴嘴流量計(jì)其裝配間隙若能符合焊口組對的標(biāo)準(zhǔn)要求，焊口質(zhì)量可以得到保證，主要是流量計(jì)制造過程中對焊接質(zhì)量缺乏監(jiān)管，這說明了對電站鍋爐主蒸汽管道中使用的噴嘴流量計(jì)進(jìn)行制造監(jiān)檢的必要性。

　?。?）長徑噴嘴流量計(jì)的補(bǔ)充檢驗(yàn)檢測應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注其噴嘴定位銷及其焊縫表面的檢驗(yàn)檢測，觀察其是否有裂紋或者其他超標(biāo)缺陷，確認(rèn)定位銷材質(zhì)、焊材、熱處理是否符合設(shè)計(jì)要求。

　?。?）在用的未經(jīng)過制造監(jiān)檢的 ISA1932 噴嘴流量計(jì)，由于結(jié)構(gòu)原因和企業(yè)綜合成本考慮，目前很難有效的對中間對接環(huán)焊縫進(jìn)行 100%的補(bǔ)充檢驗(yàn)檢測，一般建議使用單位更換，對使用中的流量計(jì)加強(qiáng)監(jiān)控，同時(shí)訂購符合要求的流量計(jì)適時(shí)更換安裝。

　?。?）本文所探討的噴嘴流量計(jì)的檢驗(yàn)檢測方法仍然需要開展更廣泛的研究，再者筆者水平有限，若有不當(dāng)之處敬請指正。