火電廠鍋爐減溫器缺陷分析及預防

楊點中，胡潔梓，陳小林

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

目前大型火力發電廠鍋爐基本采用噴水減溫和擺動噴燃器的措施來調節汽溫，其中噴水減溫器由于部件結構簡單、調溫幅度大、調節靈敏度高和易于實現自動化等優點，在鍋爐的汽溫調節中得到廣泛應用。但噴水減溫器長期處于高溫環境及噴水流量變化頻繁的惡劣工況下，極易發生各類故障或失效。目前相關監督規程對減溫器檢驗周期和項目的要求不夠詳細，少數發電廠在減溫器定期檢驗方面存在漏檢、失檢情況，易導致減溫器部件由微小缺陷逐步擴大而引發失效。

1 存在的問題及危害

在鍋爐減溫器部件缺陷中，最常見的是噴水管出現裂紋或完全斷裂、破碎，混合內套管存在疲勞裂紋，噴嘴部件斷裂或脫落，噴水管接管座、內套筒固定焊等焊縫部位存在焊接缺陷等問題，嚴重的甚至出現減溫器聯箱筒體龜裂、裂穿導致泄漏。尤其在鍋爐過熱器系統中，常以噴水減溫作為主要的汽溫調節手段，減溫水流量大，投用頻率高，相對再熱器而言，減溫器部件出現異常的幾率更高。近年來，浙江省多家發電廠的300MW亞臨界機組鍋爐減溫器的笛形噴水管出現過斷裂或表面裂紋的情況，這些缺陷的存在不同程度地影響了減溫器的正常使用，危及鍋爐安全運行。

（1）減溫器噴水管一旦發生斷裂，減溫水投用后將不能很好地與蒸汽霧化混合，調節汽溫的作用大為降低。在蒸汽溫度出現超溫情況下勢必要加大噴水流量，未完全汽化的低溫水流至高溫的混合內套筒或直接接觸減溫器聯箱筒體后吸熱汽化，由此產生的溫差交變應力會導致減溫器內套筒或筒體熱疲勞裂紋。在極端情況下，如減溫水隨汽流沖至過熱器進口聯箱三通部位或爐管內，會導致爐管內氧化皮急劇剝落甚至造成水塞爆管。某廠300MW亞臨界機組末級過熱器曾在啟動階段多次發生過熱爆管，分析原因即與過熱器二級減溫器異常有關。而某廠125MW機組也曾因再熱器微量噴水減溫器聯箱筒體出現貫穿性熱疲勞裂紋引發泄漏，現場因無減溫器備品只能在減溫器筒體外臨時貼補弧形鋼板進行堵漏，給機組繼續運行帶來較大的安全隱患。

（2）減溫水調節汽溫效果不佳，可能會引起高溫受熱面管屏嚴重超溫，加快爐管內壁氧化皮的生成，長期超溫運行會導致爐管組織老化、性能劣化引發過熱爆管。在兩側布置減溫器的鍋爐，當單側減溫器故障時會造成兩側蒸汽流量分配異常，引起兩側汽溫異常變化及單側管屏的嚴重超溫。某廠660MW超超臨界機組曾因燃燒工況調整和減溫水投用等綜合因素影響，造成單側主汽溫度嚴重超限，導致鍋爐MFT（主燃料跳閘）。

（3）如果減溫器故障導致部件斷裂脫落，脫落部件會被蒸汽帶入受熱面進口聯箱，有堵住管口或掉入爐管內引發重復過熱爆管的安全隱患。近年來，在檢修或爆管消缺中發現的斷裂部件有減溫器噴嘴壓蓋螺母、噴水管和內套筒斷裂碎塊、內套筒扁鋼工藝件等，一旦檢查不到位或消缺不徹底，可能會連續引起過熱爆管，影響機組安全運行。某廠600MW超臨界機組曾發生再熱器減溫器內套筒間的碳鋼材質扁鋼工藝件斷裂，碎片沖入再熱器進口聯箱內，導致再熱器管排發生過熱爆管。

2 減溫器失效原因分析

減溫器部件失效原因涉及設計、制造、運行、檢測等環節，分別舉例如下：

（1）某發電廠3臺600MW超臨界機組檢修中均發現再熱器噴水減溫器內套筒局部存在熱疲勞裂紋，屬于共性問題。查閱設計圖紙，發現該再熱器減溫器結構上下對稱，各有1只噴嘴伸入混合套管內，因噴嘴距單側內套筒較近，減溫水投用后內套筒局部位置長期承受交變熱應力產生疲勞裂紋。將減溫器噴嘴返廠進行改型處理，并適當調整噴嘴方向后，問題得到了解決。

（2）鍋爐設計要求噴水減溫器具有良好的霧化性能，噴水管多采用笛形管設計，在直管段上開有很多小孔，以便減溫水得到霧化。小孔周邊部位因結構應力集中和孔橋強度減弱，容易產生裂紋。其次，減溫器內套筒定位螺栓、支撐螺栓與聯箱筒體間角焊縫，噴水管與大小頭接管座、減溫器噴嘴與噴水管異種鋼焊縫等焊接部位，在制造和安裝階段均可能存在焊接缺陷。

（3）減溫器內存在不同溫度的雙相介質，必然會引起一些部件的溫差，尤其在混合套管內，減溫水的加熱、汽化、蒸發、熱交換在不同區段完成，對應地也存在不同的溫度區間，減溫器入口和出口之間溫差越大，混合套管與聯箱的相對膨脹也越大。如果膨脹受阻，混合套管定位螺栓與聯箱筒體角焊縫等部位易產生裂紋或脫焊，使混合套管移位甚至翻轉。

減溫器內部因汽流沖刷會產生振動，當流體激振頻率與噴水管、混合套管固有頻率相近時甚至會引發共振，加劇部件振動疲勞，使內部裝置受到破壞。

噴水管斷裂使霧化功能變差，甚至將低溫的減溫水直接噴到混合套管內套筒或減溫器聯箱筒體上，在熱交變應力作用下產生疲勞裂紋，嚴重時會導致減溫器聯箱筒體因裂紋引發泄漏。

（4）部分發電廠的減溫器運行方式也存在問題，為控制汽溫和壁溫不超限，可能會出現過量投用減溫水情況。某發電廠600MW亞臨界機組在滑參數停爐過程中，為了控制過熱蒸汽溫度而投入過熱器一級減溫水，但減溫水投用量過大，其中在50%BMCR（鍋爐最大蒸發量）工況，減溫水最高投用量曾達149 t/h（設計值為70.8 t/h），是設計減溫水投用量的2.1倍；在30%BMCR工況，最高投用量為115 t/h（設計值為40.9 t/h），是設計減溫水投用量的2.8倍，嚴重超出鍋爐廠家產品說明書和發電廠運行規程要求。過量投用減溫水會加大壁溫和汽溫變化速率，加劇爐管內壁氧化皮剝落和堵管風險，給鍋爐運行帶來不利影響。

3 減溫器檢驗和監督管理

目前發電廠鍋爐壓力容器定期檢驗規程和火力發電廠金屬技術監督規程中涉及鍋爐減溫器的項目較少，檢驗周期不夠明確。部分發電廠在機組檢修中未安排減溫器檢查項目。個別發電廠因爐頂大罩內其它汽水管道系統結構布局限制，機組自投運以來從未對減溫器進行過相關檢驗，導致長期運行后的減溫器部件存在較大安全隱患。

對減溫器的監督管理要貫徹全過程監督理念，在制造、安裝和監督檢驗過程中嚴格把關，確保減溫器部件制造和安裝質量滿足設計要求。尤其是基建新機組，鍋爐和金屬等相關專業人員要提前介入，嚴格審閱鍋爐廠家提供的減溫器設計圖紙和安裝、使用說明書，在安裝前對減溫器進行100%宏觀檢查，發現異常及時安排無損檢測和理化檢驗，消除安全隱患。

在鍋爐運行過程中應加強燃燒工況調整，在確保汽溫得到有效調控的前提下盡量減小減溫水流量和投運頻次，降低溫度應力和汽流振動的不利影響，以延長減溫器的使用壽命。

在鍋爐檢修中應加強對減溫器部件的檢查和檢驗，對運行達5萬h以上的機組，建議結合機組大修對減溫器聯箱兩側對接焊縫進行無損探傷檢查，對減溫器內部安排內窺鏡檢查，如發現有噴水管裂紋或斷裂、內套筒裂紋等嚴重問題，建議割開減溫器聯箱筒體兩側焊縫，對聯箱筒體內表面、混合套管及各焊縫部位進行宏觀檢查和表面探傷檢查。其后，每隔5萬h再安排相關檢驗。同時，對減溫水系統閥門加強檢修質量管理，切實消除減溫水閥門調節線性差、關閉不嚴等問題或隱患，以確保減溫器能安全正常投用。

[1]宋漢武.蒸汽鍋爐減溫器[M].重慶：科學技術文獻出版社重慶分社，1987.

[2]鄧劍，羅永浩，陸方，等.1025 t/h鍋爐過熱器噴水減溫器安全可靠性分析[J].鍋爐技術，2007（5）∶7-8.