Badania NDT w elektrowniach blokowych i elektrociepłowniach

• Wstęp
• Kotły
• Komory
• Główne rurociągi parowe
• Skraplacze
• Podgrzewacze wody zasilającej
• Turbiny (w przygotowaniu)
• Tabela wad i metod ich badania
• Przypisy

Kotły, komory, główne rurociągi parowe, turbiny, podgrzewacze regeneracyjne i skraplacze stanowią główne podzespoły podlegające inspekcjom w konwencjonalnej elektrowni. Cel badania zależy od podzespołu i jego wpływu na pracę elektrowni. Rury kotłowe i rurki podgrzewaczy bada się w celu uniknięcia nie planowanych postojów. Inspekcje turbin i ich części wykonywane są przede wszystkim z uwagi na bezpieczeństwo oraz ze względów operacyjnych. Główne rurociągi parowe badane są z uwagi na bezpieczeństwo. Skraplacze podlegają inspekcjom w celu określenia ich stanu technicznego i podjęcia decyzji o wymianie rurek. Odpowiedni wybór i zastosowanie technik badań nieniszczących jest sprawą kluczową dla prawidłowego przeprowadzenia inspekcji w elektrowni.

Awarie rur kotłowych stanowią pierwszorzędną przyczynę nie planowanych postojów w elektrowniach cieplnych. Ogółem wyróżnia się 22 mechanizmy powstawania wad w rurach kotłowych, które mogą prowadzić do ich uszkodzeń a w konsekwencji do awarii.

Komory są badane na obecność pęknięć w spoinach i na połączeniach z rurociągami komunikacyjnymi. Pęknięcia spoin bada się za pomocą ultradźwięków - UT i mokrej fluorescencyjnej metody magnetycznej - WFMT. WFMT używana jest do zewnętrznych pęknięć, a UT do wewnętrznych lub śródściennych pęknięć. Wycieki z komór mogą być spowodowane pęknięciami na połączeniach. Pojawiają się one na otworach króćców i wewnętrznych ścianek króćców. Ich przyczyną są cykliczne przeciążenia spowodowane rozruchem i wyłączeniami kotła, stanami przejściowymi i udarami cieplnymi (termoszok). Miejsca najgorętsze są najbardziej podatne na takie pęknięcia, choć zdarzają się wyjątki. Najpewniejszą metodą badania pęknięć na połączeniach komór jest usunięcie króćców i wykonanie mokrego badania penetracyjnego - PT. W tym celu należy najpierw zeszlifować wewnętrzną warstwę tlenków, po czym zastosować metodę fluorescencyjną. Badanie to pozwala określać długość pęknięć w okolicy otworów króćców. Informacja o długości pęknięć pozwala podjąć decyzję co do dalszej eksploatacji komory.

Inspekcje rurociągów parowych przeprowadza się w celu wykrycia pęknięć w spoinach. Obciążenia łuków mogą być źródłem zewnętrznych pęknięć w spoinach obwodowych. Zaleca się badanie ich za pomocą WFMT. Tą samą metodą należy badać spoiny wieszaków. Pełzanie w wysokich temperaturach może być źródłem pęknięć śród-ściennych lub wewnętrznych w spoinach wzdłużnych. W dłuższym okresie czasu izolowane pory na granicy ziaren mogą rozwinąć się w łańcuchy mikropęknięć i spowodować awarię spoiny wzdłużnej. Badania spoin wzdłużnych stały się ostatnio tematem wielu publikacji w literaturze fachowej z powodu awarii, których skutkiem były ofiary w ludziach. Rozerwanie rurociągu parowego może być poprzedzone wyciekiem pary, ale nie musi. Zależy to od długości pęknięcia. Pęknięcia dłuższe od krytycznego prowadzą do rozerwania rurociągu. Badanie takich pęknięć zaleca się robić przy wykorzystaniu techniki ultradźwiękowej - UT z wykorzystaniem fal poprzecznych. Z uwagi na krzywiznę rurociągu kluczową sprawą jest dobranie odpowiedniego kąta załamania głowicy. Najlepsze efekty w badaniach takich pęknięć osiąga się przez zastosowanie ultradźwiękowej metody TOFD. Pozwala ona na dokładne zlokalizowanie i zwymiarowanie pęknięć. Można ją stosować do ścianek o grubości od 8 mm wzwyż, niemal bez ograniczeń.

Skraplacze bada się w celu oceny stanu rurek. W zależności od ich stanu podejmuje się decyzję o ich pełnej wymianie lub zakołkowaniu wybranych. Inspekcja skraplacza ogranicza się zwykle zbadania 5 - 10% losowo wybranych rurek. Najczęściej stosowane materiały na rurki skraplaczy to miedzionikle, mosiądz, tytan, stal nierdzewna i ferrytyczna stal nierdzewna. Najczęstszą przyczyną uszkodzeń rurek jest korozja wżerowa. Dla rurek z mosiądzu jest nią zewnętrzna erozja / korozja. Zwłaszcza rurki umieszczone w górnej części wymienników narażone są na zewnętrzną erozję. Technika badania skraplacza zależy od materiału rurek. Konwencjonalne badania wiroprądowe stosuje się do materiałów nie-ferromagnetycznych tj: stopy miedzioniklu, mosiądz, tytan i niektóre stale nierdzewne. Technika ta nie może być używana do cienkich rurek z ferrytycznej stali nierdzewnej. W takich przypadkach stosuje się metody wiroprądowe z pełnym nasyceniem, lub wiroprądowe w polu dalekim RFET. Można też posłużyć się ultradźwiękową metodą IRIS, ale jest ona bardzo kosztowna i wymaga zalania rurek wodą.

Awarie rurek podgrzewaczy są jedną z głównych przyczyn nieplanowanych postojów w elektrowniach. Inspekcja wysokoprężnych podgrzewaczy regeneracyjnych (95 atm, 400°C) przynosi największe oszczędności ze wszystkich badań NDT w elektrowni. Najpowszechniej używanym materiałem na rurki podgrzewaczy jest stal węglowa, stal nierdzewna, mosiądz i stopy miedzioniklu. Zewnętrzna erozja jest najczęstsza przyczyną uszkodzeń rurek ze stali węglowej. Miejscami najbardziej podatnymi na te uszkodzenia są strefa przechłodzonego kondensatu¹ i strefa schładzania pary przegrzanej². Korozja wżerowa może pojawić się w rurkach ze stali nierdzewnej lub stopów miedzi. Rurki podgrzewaczy powinny być sprawdzane okresowo w celu określenia ich stanu. W zależności od stopnia zużycia okres pomiędzy inspekcjami powinien wynosić od 3 do 6 lat. Wybór rurek do badania jest sprawą najważniejszą z uwagi na efektywność. W regularnie przeprowadzanych inspekcjach rurki przeznaczone do badania powinny składać się z rurek ze strefy przechłodzonego kondensatu , strefy schładzania pary przegrzanej , wokół rurek zaczopowanych i pewnej liczby rurek wybranych losowo. Prócz regularnych inspekcji zaleca się stosowanie badań po każdorazowej awarii. Awaria rurki nie tylko wskazuje na uszkodzenie, ale pozwala zahamować proces degradacji w przyszłości. W czasie inspekcji po awaryjnej, powinny zostać zbadane rurki wokół rurki uszkodzonej. Rurki z uszkodzeniami powyżej pewnego poziomu powinny zostać od razu zakołkowane. Takie podejście pozwala uniknąć przyszłych nie planowanych postojów. Konwencjonalne metody wiroprądowe ECT stosuje się do rurek z materiałów nie-ferromagnetycznych. Podczas gdy metoda RFET jest całkiem skuteczna dla inspekcji rurek ze stali węglowej. W przeciwieństwie do ECT, technika ta jest czuła tylko na ubytki ścianki a nie wżery korozyjne. Choć te ostatnie nie stanowią problemu w stali węglowej. Prócz RFET można zastosować technikę ultradźwiękową IRIS. Jest ona dokładniejsza, choć wolniejsza od RFET. Na ogół RFET stosuje się do normalnej inspekcji podgrzewacza, a w celu weryfikacji wyników można wykorzystać metodę IRIS.

Instalacja	Rodzaj wady	Miejsce występowania	Przyczyna	Metoda badania	Uwagi
Rury kotłowe	Ubytki OD3	Zewnętrzna powierzchnia rur	Erozja popiołowa Korozja od strony ogniowej Krótkotrwałe przegrzanie	UT	Grubościomierz cyfrowy Defektoskop z podwójną głowicą
	Ubytki ID4	Wewnętrzna powierzchnia rur (Kruchość wodorowa - gięcia rur, spoiny obwodowe, strefa bezpośredniego oddziaływania palników)	Kruchość wodorowa Korozja alkaliczna Korozja elektrochemiczna (postojowa)	UT   Slofec5	Weryfikacja wżerów spowo-dowanych kruchością wodorową poprzez pomiar prędkości rozchodzenia się fal ultra-dźwiękowych Wiroprądowa metoda skanowania rur
	Pęknięcia OD	Zewnętrzna powierzchnia rur	Korozja zmęczeniowa Zmęczenie cieplne	VT, MT, PT, RT	Głębokość pęknięć oceniana wizualnie lub metodą ET
	Pęknięcia podłużne ID	Wewnętrzna powierzchnia rur	Korozja naprężeniowa Korozja zmęczeniowa	UT	Istotny jest dobór klina załamującego
Rury przegrzewaczy	Pęknięcia spoin obwodowych DMW6	Na styku dwóch metali stali niskostopowej i nierdzewnej		UT, RT
	Zendra - warstwa tlenków	Wewnętrzna powierzchnia rur	Pełzanie- długotrwałe przegrzanie	UT	Pomiar grubości zendry. Stosować głowicę o f=15-30 MHz
Komory	Pęknięcia w spoinach OD			WFMT7
	Pęknięcia w spoinach ID			UT
	Pęknięcia na połączeniach	Otwory króćców, wewnętrzne ścianki króćców	Cykliczne przeciążenia, udary cieplne	PT	Po uprzednim rozłączeniu króćców i zeszlifowaniu zendry
Główne rurociągi parowe	Pęknięcia spoin obwodowych OD		Obciążenia	WFMT
	Pęknięcia spoin wzdłużnych ID lub pęknięcia śródścienne		Pełzanie	UT	Pomiar z wykorzystaniem fal poprzecznych. Istotne jest dobranie odpowiedniego kąta załamania głowicy
				TOFD8	Metoda dokładniejsza z rejestracją
	Pęknięcia spoin wieszaków		Obciążenia	WFMT
Skraplacze	Ocena stanu rurek		Erozja, korozja powierzchniowa, korozja wżerowa	ET, IRIS9 RFET10, MFL11, IRIS	Rurki z mat. nie-ferromagnetycznych Rurki z mat. ferromagnetycznych
Podgrzewacze wody zasilającej	Ocena stanu rurek		Zewnętrzna erozja, korozja wżerowa	ET, IRIS RFET, MFL, IRIS	Rurki z mat. nie-ferromagnetycznych Rurki z mat. ferromagnetycznych

¹ Subcooling or drain cooler zone
² Desuperheating zone
³ OD - wady na zewnętrznej powierzchni rur
⁴ ID - wady na wewnętrznych powierzchniach rur
⁵ Slofec - Wiroprądowa metoda skanowania rur ekranowych od strony ogniowej. Pozwala odróżnić ubytki na powierzchni zewnętrznej rur od ubytków w ich wnętrzu. W wyniku badania powstaje mapa ubytków. W celu weryfikacji głębokości największych z nich stosuje się pomiary ultradźwiękowe.
⁶ DMW - spoiny na styku dwóch różnych metali.
⁷ WFMT - fluoroscencyjne badania magnetyczno-proszkowe.
⁸ TOFD - Time Of Flight Diffraction . Ultradźwiękowa technika badania spoin z pełną rejestracją wyników.
⁹ IRIS - metoda ultradźwiękowa, może być stosowana do badania rurek z dowolnego materiału. Jest ona znacznie wolniejsza od metod ET i RFET, stąd wykorzystuje się ją głównie do weryfikacji wyników uzyskanych innymi metodami.
¹⁰ RFET jest skuteczna w badaniach rurek ze stali węglowej. W przeciwieństwie do metody ET jest czuła na ubytki ścianki, a nie na wżery korozyjne. Choć te ostatnie nie stanowią problemu w stali węglowej.
¹¹ MFL - metoda badania oparta na pomiarze rozproszenia strumienia magnetycznego.