English
Bài báo này trình bày tổng quan về các bộ phận chính trong các nhà máy điện khác nhau, tiếp theo là khảo sát về các cơ chế hư hỏng điển hình, thảo luận về các thách thức trong kiểm tra và giải thích về các phương pháp và kỹ thuật NDT giúp duy trì tính toàn vẹn của thiết bị trong các nhà máy điện.
— John Z. Chen, Biên tập viên kỹ thuật
Kiểm tra không phá hủy (NDT) được sử dụng rộng rãi như một phần của quá trình bảo dưỡng định kỳ, quản lý tài sản và đánh giá dịch vụ trong ngành sản xuất điện. Có nhiều phương pháp và kỹ thuật NDT được sử dụng để kiểm tra nhà máy điện, tùy thuộc vào loại khiếm khuyết và vị trí, vật liệu, hạng mục, khả năng tiếp cận cấu phần, cơ chế của sai hỏng và qui phạm, tiêu chuẩn áp dụng. Để hiểu rõ hơn về các biến số này, điều quan trọng là phải hiểu thiết kế và nguyên lý vận hành của các nhà máy điện.
Giới thiệu chung về các nhà máy điện phổ biến trên thế giới hiện nay
Có nhiều cách để tạo ra điện. Mục tiêu của một nhà máy điện là tạo ra đủ năng lượng để làm quay máy phát điện tạo ra nguồn điện mà chúng ta sử dụng tại nhà và văn phòng của mình. Máy phát điện là một thiết bị quay chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện bằng cách sử dụng các cuộn dây được cuốn, quay tròn bên trong một từ trường, tạo ra một dòng điện chạy qua các dây dẫn. Ở cấp độ cơ bản, sự khác biệt chính giữa các nhà máy điện là cách chúng tạo ra năng lượng để làm quay máy phát điện. Các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu để tạo ra hơi nước áp suất cao để làm quay một tuabin lớn, tuabin được kết nối với máy phát điện.
Nhiên liệu chính được sử dụng để sản xuất điện là nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như than đá hoặc khí đốt, hoặc quá trình phân hạch hạt nhân.
Điện than và khí đốt
Các nhà máy nhiệt điện than và khí đốt thông thường sản xuất điện bằng cách đốt than hoặc khí trong lò hơi, hay cụ thể hơn là đốt nóng trong buồng đốt (Hình 1a). Lò hơi có hàng nghìn ống tube chứa đầy nước, nước này được chuyển thành hơi ở nhiệt độ và áp suất cao. Hơi nước này chứa năng lượng tiềm năng cần thiết để làm quay tuabin, sau đó tuabin sẽ làm quay máy phát điện để tạo ra điện.
Hệ thống tương đối phức tạp này có nhiều cơ chế sai hỏng trên nhiều hệ thống con khác nhau như đường ống hơi năng lượng cao, header áp suất cao và thấp, ống tube lò hơi, bộ gia nhiệt nước cấp và đường ống, Economizer, và tuabin hơi hoặc khí. Có những điều kiện cố hữu gây ra các hư hỏng trong kiểu nhà máy điện này, chẳng hạn như nhiệt độ cao, áp suất cao, nước bảo dưỡng và khoảng thời gian khởi động / tắt máy được gọi là chu kỳ. Chúng ta sẽ thảo luận về các cơ chế sai hỏng cụ thể trong phần sau.
Phát điện bằng việc sinh hơi nước
Máy phát điện bằng việc sinh hơi nước (HRSG) tạo ra năng lượng từ việc đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt tuabin, sử dụng dòng khí và hơi nước chảy nhanh này để làm quay tuabin trong nhà máy đốt than (Hình 1b).
Khi so sánh với một nhà máy đốt nhiên liệu hóa thạch, những tuabin khí này có thiết kế tương đối đơn giản. Cấu tạo của chúng bao gồm ba phần chính: máy nén, buồng đốt và bộ phận khí thải. Một động cơ tuabin khí đơn giản được sử dụng để quay máy phát điện để tạo ra điện hoặc như một nhà máy chu trình hỗn hợp, nơi khí thải được chuyển đến tuabin hơi để tạo ra nhiều năng lượng hơn. HRSG là nơi thu hồi dòng hơi nóng chảy qua các hàng ống, biến nước thành hơi có nhiệt độ cao / áp suất cao có thể được sử dụng để quay tuabin hơi nước. Các nhà máy điện này được thiết kế để đạt hiệu suất tối đa, xây dựng nhanh và khả năng chu kỳ cao, điều này tạo ra những thách thức cố hữu có thể dẫn đến sai hỏng, chẳng hạn như vật liệu ống dẫn nước và hơi, dòng khí, nước cấp và dòng hơi.
Điện hạt nhân
Trong nhà máy điện hạt nhân, nhiều cấu phần tương tự như trong nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch, ngoại trừ việc buồng đốt được thay thế bằng hệ thống cung cấp hơi hạt nhân (NSSS) (Hình 1c). Trung tâm của hệ thống này là một lò phản ứng hạt nhân tạo ra năng lượng bằng sự phân hạch hạt nhân của các nguyên tử, là nơi mà hai hệ thống nhà máy điện được mô tả ở trên sử dụng quá trình đốt cháy nhiên liệu để tạo ra năng lượng. Các thành phần cần thiết trong NSSS được xác định dựa trên một trong hai thiết kế lò phản ứng: lò phản ứng nước sôi (BWR) hoặc lò phản ứng nước áp lựcp (PWR). Bên trong một BWR, thùng lò phản ứng có chứa hỗn hợp hơi nước / nước di chuyển lên trên qua tâm lò (lõi lò), hấp thụ nhiệt trên đường đi. Hơi nước rời khỏi đầu lõi và đi vào đường ống dẫn hơi, dẫn hơi nước đến tuabin, làm cho nó quay cùng với máy phát điện đi kèm. PWR khác với BWR ở chỗ hơi được tạo ra trong bình sinh hơi (phía thứ cấp) chứ không phải trong thùng lò phản ứng. Một thiết bị được gọi là máy điều áp giữ cho nước chảy qua thùng lòphản ứng dưới áp suất rất cao (hơn 0,007 MPa [2200 lb / in.2]) để ngăn nước sôi (Ủy ban Điều tiết Hạt nhân Hoa Kỳ, nd).
Trong cả hai thiết kế, có nhiều hệ thống dự phòng liên quan đến an toàn yêu cầu kiểm tra định kỳ cùng với các thành phần của lò phản ứng chính. Các cấu trúc an toàn bổ sung như thùng lò chặn cũng yêu cầu kiểm tra chuyên ngành. Không giống như các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch và tuabin khí, các nhà máy điện hạt nhân chịu sự quản lý chặt chẽ của Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ (ASME) và Ủy ban Điều tiết Hạt nhân (NRC) với các dòng hướng dẫn rất cụ thể về thời gian và cách thức các nhà máy được kiểm tra, cùng với đó các phương pháp và kỹ thuật sẽ được sử dụng.
Các phương pháp và kỹ thuật NDT phổ biến
NDT được định nghĩa là “các phương pháp được sử dụng để kiểm tra một bộ phận hoặc vật liệu hoặc hệ thống mà không làm giảm tính hữu dụng trong tương lai của nó. Thuật ngữ này thường được áp dụng cho các cuộc điều tra không theo chủ đề về tính toàn vẹn của vật liệu” (ASNT 2012).
Để đảm bảo an toàn, chất lượng và tính toàn vẹn, ngành sản xuất điện yêu cầu sử dụng nhiều phương pháp NDT khác nhau. Với những tiến bộ ngày nay trong khoa học công nghệ, có rất nhiều lựa chọn cho hầu hết các tình huống về phương pháp sử dụng, nhưng các phương pháp và kỹ thuật cơ bản là kiểm tra trực quan (VT), kiểm tra hạt từ (MT), kiểm tra thấm lỏng (PT), kiểm tra chụp ảnh bức xạ (RT), kiểm tra dòng điện xoáy (ECT) và kiểm tra siêu âm (UT).
Kiểm tra trực quan/bằng mắt thường
VT sẽ là phương pháp NDT đầu tiên được áp dụng cho một bộ phận, bắt đầu từ xưởng đúc hoặc cơ sở sản xuất và tiếp tục định kỳ trong suốt vòng đời của bộ phận đó. Việc kiểm tra bằng mắt thường nhằm tìm ra bất kỳ sự bất thường nào trên bề mặt hoặc để xác định sự phù hợp của một bộ phận với các thông số kỹ thuật. VT có thể được phân loại tiếp là trực tiếp hoặc gián tiếp. VT gián tiếp sử dụng các dụng cụ quang học như kính soi lỗ
Kiểm tra hạt từ
MT là một trong những phương pháp được sử dụng nhiều nhất trong ngành sản xuấtnăng lượng, do hầu hết các cấu trúc và bộ phận được làm bằng thép. MT là một phương pháp xác định vị trí bất liên tục trên bề mặt và gần bề mặt trong vật liệu sắt từ (ASNT 2012). Trong ngành công nghiệp năng lượng, một bộ phận có thể được từ hóa bằng một trong hai kỹ thuật: bằng một Gông từ (Yoke) hoặc bằng cách quấn vật bằng các cuộn dây. Gông từ được sử dụng chủ yếu ở phía nồi hơi và các cuộn dây thường được sử dụng ở phía tuabin của nhà máy điện, nơi mà khả năng tiếp cận và cấu hình hình học đóng một vai trò quan trọng.
Kiểm tra thấm lỏng
PT được sử dụng phổ biến hơn trong ngành công nghiệp điện hạt nhân và cho tuabin, vì hầu hết các kấu kiện được thiết kế bằng vật liệu phi sắt từ (như nhiều loại thép không gỉ phi từ tính), do đó kỹ thuật MT không sử dụng đươc. Kiểm tra PT được sử dụng để xác định vị trí bất liên tục mở trên bề mặt dựa trên sự mao dẫn. PT cũng được sử dụng trong các nhà máy sử dụng than / khí đốt nhưng phụ thuộc vào việc chuẩn bị bề mặt và điều kiện bề mặt của bộ phận đó.
Kiểm tra chụp ảnh bức xạ
RT là phương pháp tồn tại lâu nhất trong ngành điện và vẫn là một công cụ kiểm tra định mức được sử dụng rộng rãi. RT có thể áp dụng cho nhiều ứng dụng nhưng phần lớn được sử dụng để kiểm tra chất lượng mối hàn trong giai đoạn xây dựng mới hoặc trong giai đoạn vận hành. Tia X và tia gamma có thể xuyên qua vật liệu, và vật liệu hấp thụ những tia này. Mức độ xuyên thấu và sự hấp thụ phụ thuộc vào những thay đổi của bộ phận đó bao gồm độ dày và mật độ cũng như độ nhạy thiết bị ghi nhận(hoặc là phim hoặc thiết bị điện tử). Vật liệu chứa các bất liên tục với mật độ khác nhau bên trong nó, từ đó một hình ảnh được tạo ra bởi bức xạ phụ thuộc vào hàm lượng bức xạ truyền qua nó (Staton 2008). Việc kiểm tra RT có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các kỹ thuật khác nhau, bao gồm kỹ thuật phim hoặc kỹ thuật số, tùytheo ứng dụng.
Kiểm tra dòng điện xoáy
Kiểm tra dòng điện xoáy là một kỹ thuật rất phổ biến để kiểm tra các thành phần của nhà máy điện như các ống tube của máy sinh hơi, ống tube của bộ đun nước cấp, cánh quát và rô-to của tuabin, và trong các bộ phận khác. Dựa trên cảm ứng điện từ, kiểm tra dòng điện xoáy được sử dụng rộng rãi để nhận diện sự khác biết về các điều kiện vật lý, cấu trúc và luyện kim của các kim loại dẫn điện. Kiểm tra dòng điện xoáy có thể được sử dụng cho kiểm tra ống tube, kiểm tra bề mặt và đôi khi được sử dụng để kiểm tra mối hàn
Kiểm tra siêu âm
UT được coi là một phương pháp định mức sử dụng sóng âm truyền vào vật liệu trong phạm vi tần số từ 0,5 đến 20 MHz (Drury 2004). Sóng âm là một dạng năng lượng cơ học có thể đi qua chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí, cho nên được áp dụng trong việc kiểm tra bên trong nhà máy điện. UT là một trong những phương pháp cơ động nhất trong số các phương pháp định mức và có thể được ứng dụng cho nhiều loại kim loại và vật liệu tổng hợp từ nguyên liệu thô đến các bộ phận phức tạp, làm cho nó trở thành một trong những công nghệ được áp dụng rộng rãi nhất.
Các Phương pháp tiên tiến
Với việc các công nghệ mới xâm nhập lĩnh vực NDT, ngành sản xuất điện bắt đầu chấp nhận và áp dụng một số công nghệ này. Cụ thể, trong đánh giá mức độ đáp ứng điều kiện cho vận hành, đánh giá tình trạng và các kiểm tra dựa trên rủi ro không tuân theo một quy chuẩn cụ thể, các phương pháp và các kỹ thuật như kiểm tra siêu âm mảng pha (PAUT), kiểm tra sóng dẫn hướng(GW), kiểm tra nhiễu xạ âm (AE), kiểm tra dòng điện xoáy xung và kiểm tra sử dụng đầu dò âm thanh điện từ (EMATs) đã được áp dụng. Các phương pháp và kỹ thuật này được phát triển để khắc phục một số hạn chế của các phương pháp phổ biến hơn hoặc để vượt qua những thách thức vể thiết kế hoặc vị trí các bộ phận, ứng dụng của kỹ thuật NDT hoặc để tăng xác suất phát hiện (POD), ngoài ra, các yếu tố khác như giảm thời gian kiểm tra hoặc giảm yêu cầu về tiếp cận và chi phí.
Kỹ thuật và Ứng dụng
Để chọn được phương pháp hoặc kỹ thuật phù hợp, người kiểm tra đầu tiên phải hiểu được các cơ chế sai hỏng có thể hiện diện trong bộ phận đó. Hệ thống nhà máy điện có nguy cơ bị ảnh hưởng bởi một loạt các điều kiện vận hành và điều kiện môi trường, có thể gây ra tác động tiêu cực tới tính toàn vẹn của bộ phận và sẽ khác nhau tùy thuộc vào vị trí trong nhà máy và hệ thống cụ thể.
Các nhà máy nhiệt điện than và khí đốt có nhiều các cơ chế lỗi chung vì chúng có điều kiện vận hành tương tự nhau. Các khu vực kiểm tra chính trong những nhà máy này sẽ là hệ thống đường ống dẫn hơi nước, nồi hơi, hệ thống nước cấp và các bộ phận tuabin / máy phát điện.
Đường ống hơi
Đường ống hơi, còn được gọi là đường ống năng lượng cao (HEP), cung cấp hơi từ đỉnh của lò hơi xuống tuabin (Hình 2). Đường ống này là một thành phần quan trọng cần được kiểm tra NDT, vì nó thường lộ ra và nằm gần, dưới hoặc bên cạnh lối đi và các khu vực có thể đông đúc công nhân. Việc kiểm tra thông thường đối với đường ống dẫn hơi nước sẽ bao gồm kiểm tra trực quan, kiểm tra bề mặt và kiểm tra định mức.
Việc kiểm tra trực quan đối với HEP thường bắt đầu bằng “hot/cost” walkdowns. Điều này có nghĩa là đi dọc theo hệ thống đường ống khi nó đang hoạt động, tìm kiếm các khuyết tật rõ ràng như rò rỉ hoặc hư hỏng lớp bảo ôn đường ống. Người kiểm tra cũng nên ghi lại tình trạng và thông số của các giá treo và giá đỡ được sử dụng để giữ cho đường ống ở đúng vị trí và cho phép một số chuyển động có kiểm soát. Sau đó, người kiểm tra lặp lại các bước này sau khi nhà máy tạm dừng vận hành (shut down) và nguội, một lần nữa ghi lại các điều kiện và thông số của giá treo và giá đỡ để biết được mức độ di chuyển của đường ống trong quá trình vận hành. Thông tin này có thể giúp xác định các vị trí cụ thể để kiểm tra bề mặt và kiểm tra định mức, đồng thời cung cấp cho người vận hành các dữ liệu hệ thống quan trọng.
Kiểm tra bề mặt thường được thực hiện bằng cách sử dụng MT hoặc PT, được chọn dựa trên vật liệu của các bộ phận. Các nhà máy điện hạt nhân chủ yếu sử dụng thép không gỉ cho đường ống dẫn hơi nước của họ, cho nên rất nhiều kiểm tra PT cho mối hàn và phụ kiện hàn được thực hiện.
Hầu hết các nhà máy nhiên liệu hóa thạch sử dụng vật liệu thép cacbon, cho phép sử dụng MT, là một phương pháp nhanh hơn bằng cách sử dụng hạt từ thường (nhìn thấy) hoặc các hạt từ huỳnh quang. Các nhà máy nhiên liệu hóa thạch chạy ở các mức năng lượng khác nhau (bao gồm cả chu trình khởi động / tắt) và có thể trải qua các chu trình này nhiều lần giữa các khoảng thời gian kiểm tra. Điều này có thể làm hư hỏng các mối hàn ống nhưng các hư hỏng thường xảy ra hơn với các thiết bj phụ trợ được hàn đính vào đường ống như các móc treo, giá đỡ cách nhiệt, tai móc để liên kết / nâng (lifting lug), chốt RT ( RT plugs). . Việc sửa chữa những lỗi này thường dễ dàng hơn, vì mối hàn đính thường chỉ bị nứt tại mối hàn và không chạy vào vùng biên áp suất (vách ống dẫn hơi).
Sử dụng phương pháp UT hoặc RT, kiểm tra thể tích thường là kiểm tra cuối cùng diễn ra. Với việc kiểm tra này, người kiểm tra sẽ tìm kiếm bất kỳ hư hỏng nào bên trong đường ống và cụ thể hơn là các đường hàn chu vi và các đường hàn đường nối dài. Điều này được thực hiện trước khi bảo dưỡng, tìm kiếm các khuyết tật hàn và / hoặc sản xuất và tuân thủ quy ph. Việc kiểm tra định kỳ trong quá trình sử dụng sẽ được thực hiện trên tất cả các mối hàn của đường ống hoặc trên một số mẫu nhỏ hơn dựa trên cáckiểm tra VT và các khuyến nghị về kỹ thuật. Khuyết tật đáng quan tâm nhất đối với việc kiểm tra bảo dưỡng sẽ là các vết nứt liên quan đến các mối hàn. Việc sử dụng UT hoặc RT là khoảng 50/50, với nhiều khách hàng yêu cầu PAUT để tiết kiệm thời gian và loại bỏ nguồn bức xạ, điều mà thường yêu cầu tất cả các công việc khác trong khu vực hoặc nhà máy phải dừng hoạt động trong quá trình kiểm tra RT.
Lò hơi và lò phản ứng
Với việc kiểm tra cấu phần, kiểm tra cho lò hơi sử dụng các phương pháp và kỹ thuật tương tự như kiểm tra đường ống hơi. Một lò hơi có thể được chia thành hai khu vực: buồng đốt và tầng áp mái (Hình 3).
Phần trên của lò hơi (tầng âp mái) là nơi các đầu ống nhận hơi từ tất cả các ống bên dưới trong buồng đốt. Các nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng thay cho lò hơi,điều này đòi hỏi kỹ thuật kiểm tra tiên tiến hơn nhiều do khả năng tiếp cận bị hạn chế, do sự hiện diện của bức xạ. Nhiều phương pháp và kỹ thuật NDT cơ bản có thể được sử dụng trong lò hơi, nhưng cũng cần có các kỹ thuật tiên tiến hơn do các điều kiện vận hành bên trong lò hơi.
Rất nhiều kỹ thuật VT được sử dụng trong các lò hơi của nhà máy điện \ và thùng lò phản ứng với phổ biến nhất là kiểm tra trực quan trực tiếp trong lò hơi và VT từ xa trong thùng lò phản ứng. Các phép kiểm tra VT trong buồng đốt bao gồm việc quan sát chung về tình trạng ống, phát hiện sự ăn mòn, các ống tube bị phồng lên do quá nhiệt, hư hỏng va đập do xỉ rơi, và xói mòn chớp cháy, trong số nhiều sai hỏng khác. Việc sử dụng các phương tiện bay không người lái (UAV) đang trở nên phổ biến hơn cho các lần kiểm tra này. VT từ xa của các vòi đốt trên các bức tường chu vi có thể được thực hiện bằng cách sử dụng máy bay không người lái, loại bỏ được việc sử dụng giàn giáo với chi phí cao. Việc sử dụng Boroscopes cho VT bên trong là một kỹ thuật phổ biến để kiểm tra sự ăn mòn, rỗ pitting, xói mòn do hơi nước hoặc (lisament cracking) nứt dây chằng (vùng kim loại ở giữa hai ống lò hơi trong một đầu ống). Trong thời gian dừng nhà máy theo lịch trình, các nhà máy điện hạt nhân kiểm tra thùng lò phản ứng của họ bằng cách kiểm tra trực quan từ xa. Kỹ thuật kiểm tra VT từ xa có thể sử dụng các hệ thống camera lặn (hoặc tàu lặn), được điều khiển từ xa xung quanh thùng lò để tìm kiếm hư hỏng của các bó thanh nhiên liệu, lớp lót thùng lò và đầu phun nozzles vào / ra.
Các phương pháp kiểm tra bề mặt được sử dụng chủ yếu trong tầng áp mái của một lò hơi để kiểm tra vết nứt ở các mối hàn ống tube và mối hàn ống tube với đầu cùng với chu vi đầu và các mối hàn đường nối dài. Phần này chịu áp suất và nhiệt độ khắc nghiệt, nơi mà sai hỏng của một mối hàn ống tube có thể dẫn đến hư hỏng ống liền kề do sự rò rỉ hơi nước áp suất cao sẽ cắt qua các ống khác. Một số thiết kế header kém có các hàng ống được cắt trực tiếp qua các đường hàn nối dài, nơi mà việc nứt mối hàn ống hoặc nứt (ligament cracking) dây chằng có thể dẫn đến mất hoàn toàn header. Các Header có kích thước dài từ 20 đến 30 ft (6,1 đến 9,1 m), đường kính 30,5 đến 45,7 cm (12 đến 18 in.) và dày tới 17,8 cm (7 in.).
Kiểm tra UT và RT được sử dụng trong các lò hơi để phát hiện các vấn đề tương tự như đường ống. Các yêu cầu về qui phạm được đưa ra đối với các mối hàn kết cấu mới và RT thường được sử dụng cho việc chấp nhận chất lượng mối hàn. RT có thể kiểm tra nhiều mối hàn ống cùng một lúc. UT có thể nhanh hơn nhưng được thực hiện với từng mối hàn một. Các kỹ thuật UT nâng cao như PAUT và TOFD đang được sử dụng để tăng hiệu quả và POD. UT cũng có thể được sử dụng để phát hiện sự ăn mòn / xói mòn bên trong ống, để đo độ dày lớp oxit bên trong ống làm cho ống bị quá nhiệt và hỏng hóc, đồng thời để kiểm tra vết nứt bên trong của các khu vực thành ống của ống nước.
Bộ gia nhiệt, Máy phát điện và Bình ngưng tụ
Các nhà máy điện sử dụng bộ gia nhiệt nước cấp, bộ sinh hơi và thiết bị ngưng tụ để tạo, biến đổi và di chuyển hơi nước và đưa nước qua các hệ thống của nhà máy. Tất cả đều có một điểm chung là các ống tube có đường kính nhỏ. Một ví dụ về thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chữ U điển hình được thể hiện trong Hình 4. Các nhà máy than, khí đốt và chu trình hỗn hợp sử dụng bộ gia nhiệt nước cấp để làm nóng nước trước khi đưa vào lò hơi và sử dụng thiết bị ngưng tụ để chuyển hơi nước trở lại thành nước.
Các nhà máy điện PWR sử dụng bình sinh hơi tạo ra hơi từ nước, nước này đến từ các thùng lò phản ứng, để làm quay tuabin, và các nhà máy BWR sử dụng bình ngưng để chuyển hơi nước trở lại thành nước trước khi quay trở lại thùng lò phản ứng. Ví dụ, một thiết bị sinh hơi nước trong một nhà máy hạt nhân có thể cao 21,3 m (70 ft) và nặng tới 725 Mg (800 tấn). Chúng có thể chứa 3000 đến 16 000 ống tube với đường kính ngoài 1,9 cm (0,75 in.) (Ủy ban Điều tiết Hạt nhân Hoa Kỳ, nd).
Kiểm tra tổng thể các ống tube liên quan đến kỹ thuật NDT được sử dụng rộng rãi nhất cho các hệ thống này. Với chiều dày ống khoảng 1 mm (0,04 in.), Kỹ thuật NDT chính được sử dụng cho việc kiểm tra này thường là kiểm tra dòng điện xoáy bằng cách sử dụng các đầu dò được thiết kế đặc biệt vừa khít với bên trong ống (Zohuri 2015). Đầu dò dòng xoáy có thể được đẩy vào trong ống theo cách thủ công hoặc được điều khiển bằng cơ học (tự động hóa) để giúp cải thiện tính nhất quán. Kỹ thuật này có thể phát hiện nhiều cơ chế hư hỏng liên quan đến ống như xói mòn ống, rỗ pitting, mòn ống do rung lắc đối với các ống gần đó, ma sát với tấm đỡvà các thành phần giá đỡ ống khác và hư hỏng do vật liệu lạ.
VT thường được sử dụng trong các hệ thống này như một phần của các chương trình loại trừ vật thể lạ (FME) hoặc vật thể lạ (FOD). Vật liệu lạ có thể gây ra thiệt hại lớn cho các ống trong các hệ thống này.
Vật liệu lạ có thể là nguyên nhân chính gây hư hại cho các ống tube trong các hệ thống này. Chúng có thể được đưa vào hệ thống do lỗi hoặc do lỗi thiết bị, hoặc các vật thể từ hệ thống khác, hoặc các công cụ bị nhân viên bỏ lại trong quá trình bảo dưỡng định kỳ. Đây là những hệ thống khép kín có rất ít hoặc không có chỗ cho các lối đi – manways (các điểm tiếp cận nhỏ thường có đường kính từ 0,4 đến 0,47 m [16 đến 18 in.]). Vì vậy, các công cụ VT từ xa như Borescopes được sử dụng rộng rãi.
Tua bin và rôto
Tua bin và rôto là một trong số các cấu phần chịu lực cao nhất trong nhà máy điện, điều này khiến cho NDT trở thành một phần quan trọng trong công tác bảo dưỡngđịnh kỳ. Ví dụ về tuabin hơi nước và máy phát được thể hiện trong Hình 5. Có nhiều bộ phận cần kiểm tra trong tuabin, nhưng các bộ phận chính cần được lưu ý bao gồm cánh tuabin, ổ trục, rôto, van, bộ phận gắn cánh và các khớp nối vỏ tuabin (Ganapathy, nd).
Các bộ phận này có thể xảy ra một số cơ chế lỗi trong khi vận hành. Nếu không được phát hiện, sự ăn mòn / xói mòn, rão, mỏi, nứt do ăn mòn ứng suất (SCC), mỏi do nhiệt và các vật thể lạ có thể dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng với thiệt hại và chi phí sửa chữa lên đến hàng triệu USD. Kết quả nghiêm trọng nhất của sự cố tuabin là thiệt hại về nười, do vị trí của tuabin trong nhà máy điện. Các tuabin thường được đặt ở tầng chính trong không gian rộng thoáng, khu vực có nhiều người qua lại.
VT là công việc thường xuyên được thực hiện trong quá trình bảo dưỡng tuabin. Trong một số trường hợp, tuabin được tháo rời thànhcác bộ phận riêng lẻ được kiểm tra để phát hiện hư hỏng hoặc các bộ phận bị thiếu hụt, chúng được làm sạch, và tái sử dụng hoặc tra dầu mỡ. Trong thời gian ngừng hoạt động theo lịch trình, các cánh tubin riêng lẻ sẽ di dời để kiểm tra, có thể chỉ là kiểm tra VT hoặc kiểm tra kỹ lưỡng hơn như PT, MT, dòng điện xoáy hoặc UT. Rô to cũng sẽ được kiểm tra trực quan, phát hiện các hư hỏng rõ ràng chẳng hạn như các hư hỏng do va đập từ các vật thể lạ.
Nếu một tuabin còn nguyên vẹn hoặc nó là một tuabin khí, việc kiểm tra trực quan từ xa là rất phổ biến để xem xét các giai đoạn khác nhau của các cánh quạt nhằm phát hiện sự xói mòn, nứt và hư hỏng do va đập, đồng thời cũng để kiểm tra tình trạng đầu mép của mỗi cánh.
Viện kiểm tra bề mặt thường theo VT, vì mắt người có thể nhìn thấy nhiều vết nứt. Viện Quấn các cuộn dây MT xung quanh rôto là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để phát hiện các vết nứt tại bất kỳ điểm chuyển tiếp, các điểm gắn cánh hoặc xung quanh vòng bi. Điều này cũng có thể được thực hiện với các cánh được lắp đặt nhưng phạm vi bao phủ của việc kiểm tra bị hạn chế. Các cánh tuabin hơi áp suất thấp, ởđoạn cuối của tuabin có thể dài tới 1,37 m (54 in.) và có tổng số 70 cánh, làm cho phương pháp MT,kỹ thuật cuộn dây với hạt từ huỳnh quang ướt trở thành một lựa chọn phổ biến.
Kiểm tra tổng thể các bộ phận tuabin là một trong những ứng dụng NDT khó khăn hơn cả do hình học, vật liệu và độ dày thành phần phức tạp. Người kiểm tra thường sử dụng kết hợp các kỹ thuật cơ bản và nâng cao cho cánh tuabin và trục tuabin (rôto). UT phần chân cánh và các mấu gắn vào thường được dùng để kiểm tra độ mỏi, mỏi do nhiệt, hoặc nứt dão do ứng suất và nhiệt độ cực cao trong khu vực này. Việc kiểm tra bên trong trục tuabin cũng rất phổ biến. Một kỹ thuật tự động sử dụng nhiều đầu dò UT để kiểm tra tổng thể cùng với đầu dò dòng xoáy bề mặt để tìm kiếm vết nứt, rỗ bề mặt, v.v. thường được sử dụng để tối đa hóa độ che phủ và phát hiện các khuyết tật liên quan đến rôto. Một số ví dụ về các dạng hư hỏng được quan sát thấy trong các nhà máy điện được trình bày trong Hình 6.
Kết luận
NDT trong ngành công nghiệp năng lượng, giống như nhiều ngành công nghiệp khác, đi kèm với những thách thức năng động mà chúng tôi liên tục cố gắng giải quyết. Hầu hết tất cả các kỹ thuật tiên tiến được phát triển trong những năm gần đây đều ra đời từ nỗ lực khắc phục một số trong số này và cho phép thời gian ngừng hoạt động ngắn hơn và ít kinh phí tiện ích hơn cho việc kiểm tra. Dựa trên các phương pháp NDT cơ bản, chúng tôi đang phát triển các phương án hiệu quả hơn và ít tốn kém hơn để giải quyết những thách thức này, trực tiếp và gián tiếp, bằng cách sử dụng các kỹ thuật NDT có thể giảm thiểu các bộ phận phụ trợ tốn kém của việc kiểm tra nhà máy điện như giàn giáo, loại bỏ cách điện và làm sạch cấu phần.
Mặc dù chúng tôi không thảo luận về tất cả các hệ thống và thành phần liên quan đến các nhà máy này, nhưng người đọc giờ đây nên có ý tưởng về mức độ phức tạp của chúng và tầm quan trọng của việc kiểm tra định kỳ ở tất cả các giai đoạn của nhà máy. Không có phương pháp hoặc kỹ thuật NDT đơn lẻ nào có thể được sử dụng để đánh giá một nhà máy điện về sự tuân thủ hoặc tình trạng của các cấu phần. Sự kết hợp của các phương pháp NDT, cả mới và cũ, được sử dụng bởi ckỹ thuật viên có trình độ khác nhau cùng với hỗ trợ kỹ thuật, đã được chứng minh là cung cấp các xu hướng an toàn và độ tin cậy tổng thể cao nhất của các nhà máy điện.
TÁC GIẢ
Terry Haigler: Intertek, Huntersville, Bắc Carolina; terry.haigler@intertek.com
NGƯỜI GIỚI THIỆU
ASNT, 2012, Sổ tay Kiểm tra Không phá hủy, Vol. 10: Tổng quan về Thử nghiệm Không phá hủy, ấn bản thứ ba, Hiệp hội Thử nghiệm Không phá hủy Hoa Kỳ, Columbus, OH.
Drury, J., 2004, Phát hiện khuyết tật bằng siêu âm cho kỹ thuật viên, ấn bản thứ ba, Silverwing Ltd.
Ganapathy, V., nd, “Máy tạo hơi nước thu hồi nhiệt”, được truy xuất từ Chemical Online: https: //www.chemical online.com/doc/heat- recovery-steam-generators-0001.
Ủy ban Điều tiết Hạt nhân Hoa Kỳ, Sổ tay Hướng dẫn Khái niệm Lò phản ứng, Trung tâm Huấn luyện Kỹ thuật NRC, được truy xuất tại https:// www.nrc.gov/docs/ML0230/ML023020519.pdf.
Zohuri, B., 2015, Hiệu quả thúc đẩy chu trình kết hợp cho các nhà máy điện hạt nhân thế hệ tiếp theo, Springer International, https:// doi.org/10.1007/978-3-319-15560-9.
CÔNG TÁC
Đánh giá Vật liệu 78 (10): 1094–1102 https:// doi.org/10.32548/2020.me-04154 © 2020 Hiệp hội Kiểm tra Không phá hủy Hoa Kỳ
