三维技术让“焊瘤”无处躲藏

江南时报讯 5月27日，江苏国信射阳港电厂金属专业主任工程师郭洪喜专门致电江苏方天电力技术有限公司，对检测实验中心金属专家杨贤彪表示感谢。迎峰度夏前，该电厂通过杨贤彪自研的管道焊缝三维重建软件发现了3处焊瘤尺寸过大问题，并进行了整改，避免了因焊瘤过大而导致过热爆管的安全隐患，保障了机组满发满供。

50%爆管是由焊瘤过大引起

火电厂的锅炉由水冷壁管和连接片焊接而成，水冷壁管好比是发电机组的“血管”，管道中间装满水，炉膛内喷射而入的煤粉燃烧形成1000多度的巨大火球，将“血管”内的水不断沸腾，为发电设备源源不断提供热能。一旦某根“血管”发生堵塞，水流量变小，锅炉就会因超温发生鼓包或开裂爆泄。经长期统计分析，锅炉泄漏导致的非计划停运中水冷壁原因约占50%，而水冷壁的各种泄漏原因中，约有50%是由焊瘤过大引起的。

发电锅炉基本都是100多米高的庞然大物，成片的水冷壁管组被运送到现场，再由焊接工人现场焊接组装成完整的锅炉炉膛。焊接过程中会在管道接头内壁形成焊瘤。焊瘤过大会使水流量变小，缺乏冷却的水冷壁管金属因超温而爆管或逐渐开裂泄漏，从而对机组运行安全构成威胁。

因焊瘤存在于管壁内侧，管道狭小且弯道较多，传统的焊瘤排查所使用的通球试验无法对现场安装焊缝进行验收；而利用焊缝射线照片人工评定的方法，则因投影形状畸变、尺寸判断不准等原因存在标准模糊、效率低下、精度不高等问题，亟需一种精准检验焊瘤尺寸的有效方法。

给水冷壁管道检测装上高清透视眼

“火电厂都是按DL/T869-2012《火力发电厂焊接技术规程》要求来评测焊瘤大小。I类焊缝要求焊瘤直径小于等于2mm，并没有考虑焊瘤整圈尺寸对管道的影响。单个局部高度4mm的焊瘤远没有整圈2mm焊瘤的危害性大。”杨贤彪介绍，传统的焊瘤测定都不能客观反映出焊瘤的具体尺寸和分布情况，给机组留下了一些安全隐患。

在发电机组金属材料领域深耕30余年的杨贤彪，每年都会参与火电厂技术监督工作，其间遇到的大量因焊瘤过大导致的机组爆管共性问题，让他沉下心来思考，“有没有快速、高效、准确检测出焊瘤大小的方法，将爆管隐患掐灭在机组投运之前？”

2018年，杨贤彪开始对水冷壁管长期隐性超温隐患的快速筛查技术和评判标准进行系统研究。经过大量的试验，以及和高校专家不断探讨、尝试，杨贤彪带领团队最终研发出了单张椭圆投影焊缝射线图像三维重建技术的小径管焊缝根部焊瘤定量评价软件系统。

“我们在检测系统中融合了影像黑度与边缘轮廓信息的逆透视变换原理，可以直接将业主单位在焊接时拍摄的焊瘤二维胶片完成焊缝形状的三维重建，清晰显示焊瘤的真实情况。”杨贤彪介绍，该系统可直接安装在笔记本电脑上，通过电脑屏幕清晰显示焊瘤三维还原图，将焊瘤尺寸、高度、分布情况一一展示出来，同时，还可以模拟水冷壁管内水流动传热情况，进而评估管道运行的安全性，相当于给水冷壁管道检测装上了“高清透视眼”。

项目成果总体达到国际先进水平

2023年底，由方天公司调试的射阳港电厂2×100万千瓦燃煤发电机组扩建项目2号机组顺利通过168小时满负荷试运行，正式投入商业运营，这也是江苏省“十四五”期间首个投产的百万千瓦煤电项目。杨贤彪带着他的管道焊缝三维重建软件系统在锅炉管道焊瘤检测项目上大展拳脚，“我们对射阳港电厂2台机组6000多个焊缝进行了根部焊瘤三维检测分析，发现有3处隐患过大，需要整改；另有100多个通流率满足计算要求但明显偏大的，我们在向电厂汇报后，决定记录在案，并与壁温测点一一对应建立清单，进一步作比对研究。”

“我们按杨工的建议将3个高危焊瘤进行返修处理，结果表明，杨工使用三维系统检测出来的焊瘤尺寸与真实尺寸相差无几。整改后，此次水冷壁焊瘤尺寸误判率降低了约30%。”郭洪喜说道。

在中国电机工程学会组织的“灵活运行条件下超临界锅炉金属部件可靠性提升关键技术及应用”项目技术鉴定会上，杨贤彪团队展示了管道焊缝三维重建软件系统，受到与会人员一致好评。

“项目成果已达到国际先进水平，其中基于单张二维图像三维重建技术的小径管焊缝根部焊瘤定量评估系统处于国际领先水平。”由俄罗斯自然科学院外籍院士朱法华教授领衔的鉴定委员会认为。

“十四五”期间，江苏省内预计有14000兆瓦新建煤电机组陆续上马，该项技术将在提升基建阶段水冷壁焊接质量上发挥重要作用。此外，该项技术还可应用于在役机组水冷壁长期局部过热隐患评估治理，进一步提升发电机组运行安全可靠性。 许馨妍