Результаты опробования метода магнитной памяти металла

Пивник П. Б., Гофман Ю. М.

На протяжении последних 5 лет ООО “Энергодиагностика” широко внедряет метод “магнитной памяти” металла для диагностирования труб поверхностей нагрева, сварных соединений и трубопроводов. Однако, несмотря на широкое внедрение данных методик на электростанциях, фактическое опробование данных методик авторами проведено с технической точки зрения некорректно.
В 2000 г. Совет по надежности основного оборудования ТЭС Уралэнерго провел совещание, где были заслушаны сообщения энергосистем о результатах внедрения метода “магнитной памяти” при диагностировании поверхностей нагрева. В совещании принимали участие представители ООО “Энергодиагностика”.
В выступлениях представителей энергосистем было сообщено следующее.
В ОАО Башкирэнерго предприятием “Теплоцентраль” (г. Ишимбай) на котле № 9 проведена диагностика 360 труб топочных экранов. На семи прямых участках, двух сварных соединениях и пяти гибах установлено максимальное значение градиента напряженности магнитного поля. Одна из труб была вырезана для лабораторных исследований. Результаты исследования показали, что труба находится в удовлетворительном состоянии. Все трубы оставлены в дальнейшей эксплуатации. На Ново-Салаватской ТЭЦ на котле № 6 проведена диагностика труб конвективного пароперегревателя и водяного экономайзера. Большинство труб показало высокие значения градиента напряженности магнитного поля, рассеяния. Трубы оставлены в эксплуатации. За 4 года эксплуатации, прошедших после проверки, повреждений не было.
На ТЭЦ-2 ОАО Удмуртэнерго на котле № 1 проведено диагностирование 95 змеевиков конвективного пароперегревателя первой ступени, на 11 змеевиках выявлены зоны концентрации напряжений. Проведена вырезка четырех труб для лабораторных исследований, дефектов не обнаружено, трубы оставлены в эксплуатации. При трехгодичной эксплуатации повреждений труб не наблюдалось. На котле № 2 проведено диагностирование 64 змеевиков пароперегревателя второй ступени, из них на трех выявлены зоны концентрации напряжений; 104 змеевиков пароперегревателя третьей ступени, из них на 11 выявлены зоны концентрации напряжений; 104 змеевиков пароперегревателя четвертой ступени, из них на одном выявлены зоны концентрации напряжений.
Для лабораторных исследований было сделано по одной вырезке с каждой поверхности, дефекты не подтвердились, трубы оставлены в эксплуатации. Двухгодичная эксплуатация показала их надежную работу.
В Тюменьэнерго проводились работы по двум методикам. Однако контроль с использованием “магнитной памяти” проведен в ограниченном объеме. По методу поиска труб с максимальным намагничиванием проконтролировано около 40 поверхностей нагрева.
На Тюменских ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, Тобольской ТЭЦ, Сургутских ГРЭС-1, -2 проводилось сопоставление полученных результатов с исследованием металла вырезанных труб. На основании выполненного анализа не установлено взаимосвязи состояния металла труб из перлитных марок стали с результатами магнитного контроля. При контроле аустенитных труб выявлена зависимость флуктуации магнитного параметра от температуры эксплуатации и протекания высокотемпературной коррозии.
В ОАО Пермэнерго были проведены работы по методу “магнитной памяти” на котле № 4 Явинской ГРЭС и котле № 12 Кизеловской ГРЭС-3. Контроль ширмового пароперегревателя котла № 4 продублировали двумя способами, в результате чего пароперегреватель был забракован. Последующий контроль вырезок показал удовлетворительное состояние металла. Кроме того, на Явинской ГРЭС проводится ежегодный контроль поверхностей нагрева четырех котлов по методу “магнитной памяти”. На четырех змеевиках значение магнитного параметра выше границы группы риска. Вырезка отдельных труб группы риска не подтвердила их неудовлетворительное состояние, змеевики оставлены в эксплуатации. В процессе дальнейшей работы произошло разрушение труб с низкими значениями магнитного параметра.
На Челябинской ТЭЦ-2 ОАО Челябэнерго на котле БКЗ-210/140 работы проводились совместно с ООО “Энергодиагностика”. Диагностированию подвергались все поверхности нагрева котла. На всех трубах поверхностей нагрева градиент магнитного поля рассеяния находился в пределах нормы. Через 2 года эксплуатации пароперегреватель был заменен из-за высокой повреждаемости.
Обсудив опыт применения магнитных методов контроля при диагностировании поверхностей нагрева, было высказано предложение произвести доработку метода с последующей его сертификацией.
В 2000 г. на совместном заседании подкомитета ПКЗА Технического комитета ТК371 Госстандарта России совместно с ООО “Энергодиагностика” было принято решение организовать экспертные испытания метода “магнитной памяти”. АО Свердловэнерго было поручено провести такие испытания на сварных соединениях паропроводов острого пара и высокотемпературных гибах, в УралОРГРЭС - на высокотемпературных гибах. В АО Свердловэнерго данные работы были проведены в 2001 г. Контроль методом “магнитной памяти” выполнялся ведущим инженером ООО “Энергодиагностика” с применением прибора ИКН-1М-4. Работы по контролю проводились на Рефтинской ГРЭС. Контролю подвергались сварные соединения труб диаметром 273/183 мм (сталь 15Х1М1Ф) главного паропровода, работающего на параметрах Р = 25,5 МПа, Т= 545°С, время наработки - 138 тыс. ч. Перед контролем методом “магнитной памяти” сварные стыки контролю не подвергались, в том числе и магнитными методами.
По результатам ММП один стык был забракован из-за непровара в корне шва, остальные признаны годными. Для лабораторных исследований было вырезано два стыка: А1 - забракованный по результатам контроля ММП; А8 - без дефектов, однако, по данным прогноза, по другим критериям он должен иметь существенные повреждения. Основной металл сварных соединений А1 и А8 соответствует стали 15Х1М1Ф, отвечающей требованиям ТУ 14-3-460-75; наплавленный металл сварного соединении А1 соответствует электродам ЦЛ-20 по ГОСТ 9467-75, а в А8 - проволоке Св08ХМФА по ГОСТ 2246-70.
Расчетом на прочность установлено, что в исследуемых сварных соединениях эквивалентные рабочие напряжения не превышают допустимых: σЭΚВА1= 63,0 < [σ] = 111,8 МПа; ϬэквА8 = 84,1 < [σ] = = 111,8 МПа.
Из сварных соединений вырезалось по шесть темплетов для макро- и микроанализа. Вырезанные темплеты включали основной металл труб, зону термовлияния и наплавленный металл. В результате исследования установлено, что обнаруженный ММП в сварном соединении А1 непровар с 12 до 1 ч, протяженностью 20 мм отсутствует. Фактически отмечен дефект в корневой части шва в виде несплошности размером 0,2 - 0,5 мм по всему периметру шва.
При металлургическом анализе видно, что дефект в процессе эксплуатации не развивался, наличие поры на 9 ч 30 мин подтверждено. В сварном соединении А8 обнаружена пора на темплете 1 ч, которая не была зафиксирована ММП. Следует отметить, что выявленные дефекты являются допустимыми в соответствии с РТМ 1 с-93 (РД 34.15.027-93), что совпадает с результатами проведенного ультразвукового контроля по ОП 501 ЦД 97 (РД 34.17.302-97). Оценки характера дефектов, обнаруженных ММП и УЗК по ОП 501 ЦД 97 (РД 34.17.302-97), не совпадают.
При изучении повреждаемости установлено, что в сварном соединении А1 микроповреждаемость по зоне термовлияния наблюдается по всему периметру. В целом состояние сварного соединения А1 соответствует IVn стадии по шкале микроповреждаемости по ОСТ 34-70-690-96. Для этой стадии исчерпание ресурса составляет 80 - 90% по методике ВТИ.
При изучении повреждаемости в сварном соединении А8 в зоне термовлияния со стороны обеих труб также были обнаружены поры. Состояние металла сварного соединения А8 может быть оценено Шп стадией по шкале микроповреждаемости по ОСТ 34-70-690-96. Для этой стадии исчерпание ресурса составляет 70 - 80% по методике ВТИ.
Из проведенного анализа следует, что ММП не выявляет сварные соединения, находящиеся в стадии, предшествующей разрушению, связанному с исчерпанием их ресурса.
Контроль гибов осуществлялся на демонтированных гибах диаметром 159/99 мм (сталь марки 12Х1МФ) после наработки 191 тыс. ч. Гибы эксплуатировались на ответвлениях БРОУ блоков 300 МВт Рефтинской ГРЭС при Р = 255 кгс/см2, их парковый ресурс по РД-10-262-68 составляет 160 тыс. ч.
Перед проведением контроля ММП гибы подвергались измерению овальности, ультразвуковому и магнитному методам контроля, а также металлографическому обследованию на поры переносным микроскопом.
Контролю ММП подвергалось пять гибов, для лабораторных исследований было выбрано три гиба с условной маркировкой 65, 79, 89: на гибе 79 дефектов не обнаружено, гибы 65 и 89 - дефектные.
Оценка повреждаемости проводилась в лабораторных условиях на темплетах, вырезанных из мест, где были обнаружены максимальные концентраторы напряжений при диагностике ММП. Повреждаемость оценивалась металлографическим анализом на поры на оптическом микроскопе, электронным исследованием дислокационной структуры и микроповреждаемостью порами (таблица).

* Микроповреждаемость оценивалась по шкале ОСТ 34-70-690-96.

Сравнение результатов показало:
гибы 65, 89 - методом “магнитной памяти” обнаружены признаки микроповреждаемости, гибы не допускаются к дальнейшей эксплуатации, тогда как лабораторные исследования показали отсутствие признаков микроповреждаемости и гибы могут быть допущены к эксплуатации без ограничения срока.

Таким образом, сопоставление результатов метода “магнитной памяти” по обнаружению ранней повреждаемости с фактическим состоянием металла, оцененного по лабораторным исследованиям, показало их несовпадение.
В лабораторных условиях в УралОРГРЭС были исследованы четыре гиба, забракованные из-за наличия существенной микроповреждаемости: два гиба диаметром 273/209 мм и два гиба диаметром 133/99 мм. На первых двух гибах диаметром 273/209 мм у наружной поверхности плотность пор достигала 4000 пор/мм2, на гибах диаметром 133/99 мм - 7040 - 8000 пор/мм2, а также имело место микрорастрескивание - раскрытие трещин до 30 мкм, длина трещин 10-15 мм.
Перед контролем методом “магнитной памяти” гибы были покрыты водоэмульсионной краской методом распыления. Контроль проводился двумя приборами - индикатором концентраций напряжений магнитометрическим ИКН-1М-4 и магнитным индикатором трещин МИТ-1. При проведении проверки, поскольку в металле гибов были выявлены пятна локальной намагниченности от установки переносного микроскопа на магнитах, представитель ООО “Энергодиагностика” не посчитал возможным выдавать заключение о состоянии метала гибов.
При контроле с помощью индикатора трещин участки с макрорастрескиванием не были обнаружены.

Вывод

Широкое опробование метода “магнитной памяти” для диагностирования состояния труб поверхностей нагрева, экспертные испытания оценки повреждаемости высокотемпературных гибов и сварных соединений показали, что данный метод не может быть рекомендован для промышленного применения.