抽水蓄能机组尾水钢管安全检测方法研究及应用

吕程 姜楠

【摘要】尾水钢管是抽水蓄能电站的主要结构之一，在电站生产中发挥着十分重要的作用。尾水钢管安全检测是保证蓄能机组安全稳定运行的关键因素。文章介绍了蓄能机组尾水钢管安全检测的内容与方法，并结合生产实际对其在蓄能电站中的应用进行了说明。尾水钢管安全检测的方法为类似工作提供参考。

【关键词】蓄能机组；尾水钢管；安全检测与评估；无损探伤

前言

抽水蓄能电站以其启动灵活、工况转换快速的特性在电网中起着调峰填谷、调频调相和事故备用的作用，作为抽水蓄能电站主要结构之一的尾水钢管，其安全运行至关重要。随着蓄能机组运行时间的增加，尾水钢管的安全状况更加复杂，因此有必要对其进行定期全面安全检测，以消除安全隐患。本文以某抽水蓄能电站（以下简称“某蓄”）#3机组为例进行说明。

1、某蓄#3机组尾水管基本情况概述

某蓄#3机组从投入运行至今已二十余年，尾水钢管状况一直良好。#3机组尾水钢管从机组中心线起至尾水事故闸门段可分为以下三部分进行检测、记录：（1）尾水锥管、肘管及扩散段——材质为E28-4，钢板厚30mm。（2）尾水钢管直管段——材质为16Mn钢，钢板厚14mm，涂层厚度250～300μm，共有14段安装管节。各段安装管节之间环焊缝为现场焊接；其中每段安装管节由三段或两段等长小管节在安装车间焊接而成，各段小管节均由二至三张钢板卷制焊接。（3）尾水钢管圆变方段——材质为16Mn钢，钢板厚18mm。

2、安全检测项目

尾水钢管安全检测的检测周期可分为首次检测、中期检测、折旧期满检测和特殊情况的检测四种，具体检测项目有巡视检查、外观检测、材质检测、无损探伤、应力检测、振动检测及水质与底质检测等几种几种，本次重点开展以下三项：

2.1外观检测

外观检测包括焊缝及管壁表面检测与腐蚀状况检测两种类型。

2.1.1表面检测方法及部位 表面检测以目视检查为主，对尾水钢管内壁的外观形态进行检查，可借助放大镜等工具检查是否有微裂纹。发现的缺陷以拍照等方式进行详细记录。重点检查焊缝区、弯管、管壁表面凹坑或制造安装时存在缺陷（已经处理）的部位，同时应关注是否有外压失稳迹象，即有无钢管内凹现象。

2.1.2 腐蚀状况检测方法及部位 腐蚀状况检测主要采用涂层测厚仪、超声波测厚仪、游标卡尺等工具进行，对尾水钢管各段涂层及钢板厚度、锈蚀情况进行检测，检测结果可与原始数据进行对比。检测前对被检表面应进行清理，以去除浮锈、油污及其它附着物。在检测结果里应记录各段腐蚀部位及分布、蚀孔的最大深度和平均深度、腐蚀面积占管壁表面积的百分比等内容。根据尾水钢管布置情况，重点检测焊缝区、弯管、支承环或加强环附近及岔管肋梁、管壁表面凹坑、人孔附近及焊补区域附近等存在应力集中的部位。

2.2材质检测

鋼管主要材料牌号不清或对其牌号有疑问时，应进行钢管材料的材质检测。可通过光谱测量及硬度测量分析确定材料牌号，一般不进行破坏性取样。无论是否有材质资料，钢管运行40年后必须进行材质检测。对于破坏的管段，必要时还可采用金相分析等试验方法。

2.3无损探伤

尾水钢管一、二类焊缝应进行无损探伤。

2.3.1无损探伤方法 对于表面有涂层的埋管，常采取超声探伤方法对其环缝、纵缝进行检测。按《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定GB/T11345-2013》执行，一类焊缝BI级合格，二类焊缝BII级合格。焊缝两侧一定范围内的涂层在超声探伤前需打磨清理露出金属光泽，超声探伤完成后需按要求恢复两侧涂层。

2.3.2无损探伤工作量 根据《钢支管安全检测技术规程DL/T 709-1999》，一类焊缝使用超声波探伤的长度不少于20%，二类焊缝使用超声波探伤的长度不少于10%。

3、某蓄#3机组尾水钢管安全检测实例

3.1外观检测

3.1.1表面检测 #3机组尾水钢管外观检查正常，未见内凹等变形，除尾水锥管、肘管段及部分管节连接处（主要为现场焊接）环焊缝两侧有轻微锈迹外，钢管整体状况完好。部分环焊缝两侧有轻微锈迹，推测为现场焊接时溅落焊渣未清除干净导致。

3.1.2腐蚀状况检测 腐蚀状况检测主要采用DM5E型超声波测厚仪（DA501探头、声速5900m/s）和Elcometer 456型涂层测厚仪（FNF探头）进行分段检测。

钢板厚度分析：根据制造及安装资料记录，尾水锥管、肘管段钢板厚30mm，尾水钢管直管段钢板厚14mm。本次检测抽检各段钢板厚度无异常。

涂层厚度分析：根据制造及安装资料记录，钢管直管段、圆变方段各安装管节刷涂铝粉环氧煤沥青漆、云铁环氧煤沥青漆各一遍，涂层标准膜厚300μm。制造记录《涂层干膜厚度检查报告》里显示，直管段测量各涂层厚度在250～300μm之间，漆膜均匀，除局部有斑点外，其他部位均无斑点。

本次检测抽检各段涂层基本完整，局部轻微锈蚀：尾水肘管段部分测点涂层厚度在100μm左右，抽检区域及其他锈蚀部位已全做补漆处理；直管段除部分管节外，涂层厚度基本在220～300μm之间或大于300μm；圆变方段抽检测点涂层厚度均大于300μm。

各段管节钢板及涂层厚度部分数据如表2所示。

3.2材质检测

采用Niton XL2-800S手持式X射线荧光光谱仪对钢板进行材质分析，分散选取5个部位进行检测。经检测，#3机组尾水钢管检测出金属元素在设计材料16Mn对应元素含量范围内，材质检测结果合格。

3.3无损探伤

3.3.1无损探伤工作量 基于某蓄#3机组尾水钢管运行十余年状况良好，且排空水后进行外观检测无异常，现暂按一类焊缝5%、二类焊缝2.5%的比例抽检，届时视检测情况确定是否增加探伤比例。根据《#3尾水钢管制造记录》、《#3尾水钢管安装记录》中统计，估算#3机组尾水钢管的无损探伤工作量为21米，其中纵缝10米，环缝11米。

3.3.2无损探伤部位 超声波探伤的重点是尾水钢管制造及安装时无损探伤发现超标缺陷并修复处理过的部位。根据斜探头单面双侧的检测方式，探头移动范围为1.25P，其中P=2KT（K取2，T<40mm），则超声波检测前将焊缝两边各10cm（锥管、肘管段应大于12cm）范围内的涂层清理干净，去除表面凸点和杂物。

3.3.3无损探伤方法 超声波探伤前一般先采用直探头复核钢板壁厚，然后换斜探头对焊缝进行检测，检测参数如表2。

3.3.4无损探伤结果 选定#3机组尾水钢管5%的一类焊缝（环焊缝）、2.5%的二类焊缝（纵焊缝）进行超声波探伤，所选焊缝依次为3Z-3、3Z-5- Z1、3Z-7-左、3Z-7-右、环4-1等21处。经检测，钢管所有受检焊缝均合格，不再增加检测比例；其中焊缝3Z-3、4-18-Z3、环4-23及4-34-Z3检测出有点状气孔，但仍属未超标缺陷。

3.4结论与建议

3.4.1结论

根据检测结果综合评估，#3机组尾水钢管整体状况完好，满足安全运行要求，具体情况如表3。

3.4.2建议

（1）严格按照检测周期规定对蓄能机组尾水钢管进行安全检测，确保机组安全运行。

（2）电厂运行或水工人员要做好平时巡视检查工作，详细记录巡视检查有关情况，发现异常情况及时研究、解决。同时，要做好尾水钢管的防腐蚀工作，检修人员对大、小修期间发现的局部锈蚀情况要及时处理，完善打磨、补焊、刷漆等每个细节，防止锈蚀情况加剧。

（3）尾水排空后尾水管内路面湿滑，底部有时会有积水或流水，作业难度和作业风险较大，建议细化检测流程、优化检修工艺，进而确保人身安全、提高工作效率。

4、结语

尾水系统的安全事关水电厂的安全生产，运行多年的钢管进行全面的安全检测与评估至关重要。本文结合工程实际详细介绍了蓄能機组尾水钢管安全检测的内容与方法，希望能为类似工作提供参考。

参考文献：

[1] DLT 709-1999 .压力钢管安全检测技术规程.北京：中国电力出版社，2000.

[2] NB/T 47013.3-2015 .承压设备无损检测 第3部分：超声检测.国家能源局，2015.