林介东1，刘红文1，钟万里1，何卫忠2，何凤生1，倪进飞
（1.广东省电力试验研究所，广东 广州 510600；2.沙角C电厂，广东 东莞 523908）
摘 要：针对沙角C电厂3台机组末级再热器炉顶穿墙管爆漏的严重情况，应用金属磁记忆无损检测技术对爆管原因进行分析，为此，介绍了金属磁记忆无损检测技术的原理、检测仪器、检测方法；比较分析了金属磁记忆无损检测技术和传统无损检测技术的根本区别，指出它所具有的优越性。文章最后总结出：磁记忆检验是这类爆漏管子事故早期诊断并实现状态检修的有效手段。
关键词：末级再热器；金属磁记忆；无损检测；爆管
1 ABB-CE公司660 MW机组末级再热器结构及爆管基本情况
沙角C电厂3台机组锅炉是由美国ABBCE公司生产的亚临界压力中间再循环汽包炉。该种型号锅炉末级再热器穿顶棚处的结构属于典型的高冠密封结构，自投运以来，高冠密封结构中的密封板与管子角焊缝频繁发生爆破事故，导致非计划停炉次数居高不下，造成极大的经济损失。由于该电厂是广东动力基地，频繁的爆漏事故给电网的安全运行形成了极大的隐患，能找到一种简便易行的方法来实现对此类焊缝失效的预先报警，显得刻不容缓。
爆漏现场见图1所示。在图1所示的结构中，从前往后数第1～20根为进口段，进口管焊缝为TP304H管子（φ63.5 mm×3.38 mm）和T12管子（φ63.5 mm×3.38 mm）对接；从前往后数第21～40根的大小头结构为出口段，大头材质为TP304H，规格为φ63.5 mm×3.38 mm，小头材质为T22，规格为φ47.63 mm×4.57 mm，密封板母材为2.25Cr-1Mo钢。
2002年10月20日，1号炉末级再热器炉顶穿墙管发生爆漏，泄漏部位为A侧（炉左侧），从炉前往炉后数，第3排第18，19，20根管和第4排第20，21，22根管，共6根管。1号机组投入运行至爆漏时共累计运行时间为50 714 h，累计起停次数为107次。
通过图1的现场爆口形貌，初步分析认为爆漏是在这种高冠密封结构之中。由于密封板与管子连接焊缝存在焊接缺陷或是由于连接焊缝处密封板与管子膨胀不同步造成应力分布不均匀，在应力作用下导致管子爆漏。
2锅炉焊缝失效早期诊断的有效手段——磁记忆探伤
铁磁材料内部的各种不均匀性（如形状、结构及含有夹杂或缺陷等）往往是应力集中的部位。应力集中将使得材料在该区域的磁畴取向发生改变，在地磁环境中表现为局部的磁场异常，形成所谓的“漏磁场”，这就是地磁场激励下应力磁检测方法的物理基础。基于这一理论，只要构件中开始出现应力集中或缺陷，就会产生磁状态的不可逆变化，并在该区域内发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向的和不可逆的重新取向，因而可通过磁场测量检测出来。在铁磁制件承受拉伸、压缩、扭转和周期性载荷时发生的剩余磁性的变化，都与最大作用应力有关系。在应变集中区，具有很高的应力能，在应力能的作用下，引起工件内部的磁畴在地球磁场中作畴壁的位移甚至不可逆的重新取向排列，产生磁弹性能来抵消应力能的增加，从而在应力集中区形成微弱的磁场，其分布形式类似缺陷的漏磁场，表现为金属的磁记忆特性。磁场的切向分量HP（x）具有最大值，而法向分量HP（y）改变符号且具有零值点。通过对漏磁场法向分量HP（y）的测定，便可以准确地推断工件的应力集中区，这非常有利于构件缺陷的早期检测与预防。
常规无损检测方法（超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤、渗透探伤等）都以缺陷检测为主要目标。尽管应力的变化对检测结果有一定的影响（如超声波检测），但使用常规的无损检测却不能判定部件的应力状态，仅能检出已发展成形的缺陷，均是缺陷和事故后的处理。金属磁记忆检测技术是迄今为止对金属构件进行早期诊断的唯一可行的无损检测方法。
3末级再热器穿顶棚处入口段密封板（高冠密封结构）焊缝的磁记忆检测
2003年1～2月，利用小修、抢修机会，用EMS-2000型磁记忆仪，对沙角C电厂2号炉、3号炉末级再热器穿顶棚处入口段密封板焊缝进行了100%的磁记忆检验。
3.1仪器及调试
3.1.1仪器
采用智能磁记忆金属诊断仪和传感器。
3.1.2仪器调试
程序：采用单踪；
显示：阴影、时基；
调试：开机后按仪器提示进行归一化和平衡处理。
3.2检测方法
金属磁记忆的检测原理是铁磁性部件缺陷或应力集中区域磁场的切向分量HP（x）具有最大值，法向分量HP（y）改变符号且具有零值，故可通过分析磁场强度法向分量的符号及K值（K=dHYP/dx）变化来完成对部件上是否存在缺陷（或应力集中区域）的检测，检测时传感器需与被检工件垂直，见图2所示。
3.3检测结果
2号炉和3号炉末级再热器穿顶棚管入口段与密封板相连的焊缝各用金属磁记忆检测了760根，共计1 520根管子，发现了13根管子的焊缝磁记忆信号异常，其中末级再热器的B5-20管子信号最为严重，如图3所示。
3.4磁记忆信号异常管子常规探伤分析
经过与电厂各专业人员的共同讨论，决定对这13条管子进行割管处理，并对所割的管子在实验室进行无损检测。具体分析方法为：先将每条管焊缝表面进行打磨，然后做着色探伤，记录探伤结果，然后再将密封焊缝打磨平整，露出母材，再对管子母材进行着色探伤，分析结果见表1。裂纹深度测量表明，末级再热器B5-7管子、B5-20管子的裂纹已经贯穿母材。图4为末级再热器B8-9管子、B5-20管子、B5-6管子、B5-7管子打磨处理后着色探伤所看到的缺陷。
4磁记忆与状态检修
“状态检修”是运用综合性的技术手段，准确掌握设备状态，预测故障的发生、发展情况，借助技术经济分析，进行检修决策和管理的一种先进的检修模式，它是以设备当前的实际工作状态为依据，通过先进的状态检测和诊断手段、可靠性评价手段以及寿命预测手段，判断设备的状态，识别故障的早期征兆，对故障部位及其严重程度、故障发展趋势做出判断，根据分析诊断结果，在设备性能下降到一定程度或故障将要发生之前主动实施维修。
根据现场调研得知，国内几大锅炉厂（上海锅炉厂、哈锅和东锅）生产的300 MW机组的末级过热器和末级再热器管的穿墙部分广泛地应用了高冠密封结构，经常发生爆破事故，给电网的安全运行造成极大的隐患。
目前，磁记忆检测技术已经得到了国际焊接学会认可，部分东欧国家已建立了相关的标准，中国也已经开始了对这项技术的研究和应用。可以预见，磁记忆检测技术将在未来的火力发电机组的状态检修中发挥重要的作用。