“防微杜漸”電站鍋爐檢驗責任重于泰山

文 /陳 樂

“防微杜漸”電站鍋爐檢驗責任重于泰山

文 /陳 樂

鍋爐安全運行的重要性不言而喻，湖北當陽熱電廠爆炸致22人死亡的事故相信大家并不陌生，這場重大事故便是因鍋爐主蒸汽管道泄漏引起的。保障鍋爐安全運行的工作有很多，除了鍋爐運行時定期外部檢驗以外，較為重要的便是停爐開展定期內部檢驗，對鍋爐重要部件進行相應檢驗檢測。本期講座特邀特種設備監督檢驗技術研究院在用鍋爐室工程師陳樂,介紹一起在電站鍋爐定期檢驗過程中用內窺鏡檢查混合式減溫器時發現裂紋缺陷的案例，分析討論發生缺陷的原因，并提出了相應的整改方案及應對措施，為日后鍋爐運行和檢查重點提供理論支撐。

一、關鍵詞點擊

1. 電站鍋爐

所謂電站鍋爐，通俗來講就是電廠用來發電的鍋爐。鍋爐利用燃料（煤、油、天然氣、生活垃圾等）燃燒產生的熱能或其他能源的熱能，把水加熱產生一定溫度和壓力的蒸汽，最終推動蒸汽輪機轉動驅動發電機發電。

2. 混合式減溫器

減溫器，即降低溫度的部件，是鍋爐主要調溫部件，其以鍋爐給水作為冷卻介質調節汽溫，控制和保持過熱蒸汽、再熱蒸汽溫度為設計值，防止過熱器、再熱器管壁等金屬溫度超限。減溫器分表面式和噴水式兩類，其中噴水式減溫器又稱混合式減溫器，混合式減溫器具有結構簡單、造價低、汽溫調節靈敏度高等優點，目前在電站鍋爐中廣泛使用(如圖1所示)，文中提到的減溫器主要是指這一種。減溫水給水經噴管霧化后與蒸汽直接混合，升溫汽化并從蒸汽吸收熱量，改變減溫水量的多少即達到調溫的目的。其中，內套筒的作用是防止減溫水直接噴到筒體內壁，避免溫度周期性變化產生熱疲勞裂紋。

圖1 混合式減溫器結構

3.熱疲勞裂紋

金屬材料由于溫度梯度循環引起的熱應力循環（或熱應變循環），而產生的疲勞破壞現象，稱為熱疲勞，而由于這種冷、熱交變而產生的裂紋稱熱疲勞裂紋。

二、案例介紹

2016年3月28日，檢驗人員對上海某燃機電廠一臺電站鍋爐開展定期內部檢驗。該臺鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產的400 MW燃氣-蒸汽（9F級）聯合循環三壓系統余熱鍋爐，累計運行時間約1萬小時，啟停數950次左右。內窺鏡檢查過熱器和再熱器的混合式減溫器，發現一級過熱器減溫器集箱中3只定位螺栓有裂紋（如圖2所示）、一級再熱器減溫器集箱內套筒有一處長約100mm裂紋（如圖3所示）。

圖2 定位螺栓裂紋

圖3 內套筒裂紋

三、缺陷與成因分析

綜合混合式減溫器的結構和使用工況，分析產生上述裂紋缺陷的原因可能如下：

結構原因：減溫器結構較復雜，變截面過多，焊縫多，連接處由于幾何尺寸突變而存在一定應力[1]集中，可能引起圖2中定位螺栓產生裂紋。

工況原因：為了保護過熱器、再熱器管壁不超溫，要求頻繁調節減溫水量，水量多變的情況下易產生較大的溫差應力，同時產生較大振動，可能引起圖2定位螺栓和圖3內套筒產生裂紋。

其他原因：加工缺陷，周向應力，可能引起圖3內套筒產生裂紋。

其中工況原因為主要原因，材料在環境溫度循環變化和機械約束的作用下，易產生熱疲勞裂紋。溫度的變化，使材料膨脹或者收縮，由于受到約束從而產生熱應力。減溫器在工作過程中，減溫水量過大，霧化不好，蒸汽與減溫水匯合處會產生溫差應力，且減溫水汽化始終伴隨較大振動，同時受到定位螺栓約束，其交變作用導致減溫器筒體及內襯套筒產生熱疲勞，材料內部晶粒之間產生“擠出”“擠入”現象，形成滑移帶，從而產生裂紋。

四、專家點評

1.混合式減溫器定期檢驗的必要性

依據TSG G7002-2015《鍋爐定期檢驗規則》第2.4.8.4要求，應抽查混合式減溫器內套筒和噴水管，內套筒是否有嚴重變形、移位、裂紋、開裂、破損，固定件是否有缺失、損壞，噴水孔或者噴嘴是否有明顯磨損、堵塞、裂紋、開裂、脫落，筒體內壁是否有裂紋和明顯腐蝕。

維持穩定的過熱蒸汽和再熱蒸汽汽溫對發電機組設備而言至關重要，蒸汽溫度的正負偏差，直接關系到發電機組的安全和經濟運行，尤其是對承壓集箱、受熱面管材的壽命管理具有十分重要的意義。由于混合式減溫器特殊的使用工況，承受較大的溫差應力和振動，在噴頭、噴水管孔、出汽和進汽連接管孔、內襯套筒、減溫器集箱筒壁和排空管、疏水管等管孔以及連接焊縫及附近區域容易產生缺陷導致減溫器損壞，進而影響整個發電機組的正常運行。所以，電站鍋爐的定期檢驗有必要對混合式減溫器進行重點檢驗。

2.該缺陷的處理與應對方法

由于上述混合式減溫器內套筒缺陷已經目視可見，且在檢驗周期內擴展速度較為明顯，若缺陷進一步擴展致使內套筒破裂，碎片進入蒸汽輪機，輕則導致機組停止運行影響正常發電，重則會引起汽輪機動靜葉片斷裂危及生命財產安全。另一方面，考慮到熱疲勞對材料的損傷無法徹底消除，且往往波及到部件整體或大部分，建議直接更換內套筒。同時下次定期檢驗時通過宏觀、內窺鏡、測厚、硬度、無損檢測及理化檢驗，對混合式減溫器進行全面、徹底的檢查，保證缺陷不漏檢，及時消除隱患，避免事故發生。

（支持單位：上海市特種設備監督檢驗技術研究院）

注：[1] 應力：物體由于外因（受力、濕度、溫度場變化等）而變形時，在物體內各部分之間產生相互作用的內力，以抵抗這種外因的作用，并試圖使物體從變形后的位置恢復到變形前的位置。