電站鍋爐安全閥管座歪斜原因分析及修復

于 洋

（中信錦州金屬股份有限公司，遼寧錦州 121005）

0 引言

中信錦州金屬股份有限公司有自備電站鍋爐3 臺，額定蒸發量均為75 t/h，過熱蒸汽集箱出口壓力5.3 MPa，鍋筒工作壓力5.69 MPa，過熱蒸汽出口溫度430 ℃。3 臺鍋爐承擔各生產環節的供氣、供熱任務。每臺電站鍋爐設置4 個彈簧式安全閥，其中過熱器2 個，型號A48SB-100 V，鍋筒2 個，型號A48SB-160 V。

圖1 歪斜的安全閥

1 問題

某日，設備點檢人員例行巡檢時，發現鍋筒南側安全閥及管座歪斜（圖1），立即通知當班運行人員安排停爐。鍋爐經降溫、降壓后，管座局部保溫拆除（圖2），現場查看后確認鍋筒南側安全閥連同管座向出口側彎曲，彎曲點在管座的接管中間位置，角度約15°～20°。安全閥本體及連接部件無外力碰撞跡象，上部室外垂直排氣管外觀完好，未見下沉，出口引出管與室外排氣管進口護罩脫離。

圖2 管座

2 隱患

管座一旦破裂，會使爐內儲存的大量能量瞬間釋放，水及蒸氣從破口處沖出，具有很高的速度，形成強烈沖擊波，與空氣或零部件接觸后，產生強大的反作用力，不僅設備本身遭到損壞，還會破壞周圍建筑物和其他設備，甚至造成人員傷亡。

3 管座接管參數

管座接管材料20#鋼，規格Φ57×5 mm，長120 mm，一端凹焊于鍋筒，另一端與高壓法蘭焊接，鍋爐安裝運行以來未進行過更換，上部安裝的安全閥重約80 kg。

4 檢測情況

對管座接管進行割除、軸向剖切，檢測情況如下：

（1）接管外表面存在較均勻的銹蝕坑，深度約0.3～0.5 mm，內表面較光滑，無肉眼可見腐蝕，內彎曲部位氧化膜脫落，呈現鐵黑色，見圖3、圖4。

（2）用測厚儀檢測接管壁厚最小值為4 mm，設計值為5 mm，經核算壁厚滿足承壓要求。

圖3 管座接管外表面

圖4 管座接管縱向剖面

（3）委托檢驗部門對接管進行金屬金相組織檢驗，結果無異常。

5 原因分析

（1）接管縱向剖切圖顯示，切點處一邊壁厚與另一邊壁厚值有約1 mm 的差異，證明該管段壁厚不均勻，疑為制造缺陷。

（2）管座已連續使用30 年，鍋筒最大工作壓力5.69 MPa，溫度430 ℃，在此工況下，接管長期反復拉伸，屈服強度有所降低。

（3）事件之前，管座存在輕微歪斜，疑為鍋爐制造、安裝，或后期運行過程中外力所致，未引起重視。根據三角函數關系，其上部安裝的安全閥和出口排氣管重力會產生使管座彎曲的分力，鍋爐運行時接管在較低強度下，分力使其歪斜。

6 管座修復

管座接管與鍋筒焊接，鍋筒是鍋爐重要承壓部件，材料為合金鋼，如處理不當焊縫極易產生裂紋，運行時爆裂，形成更大隱患。另外，鍋爐屬于特種設備，國家對其檢維修環節有嚴格要求。根據規定，A 級鍋爐重大修理其中一項，指鍋筒、啟動（汽水）分離器、減溫器和集中下降管的更換以及主焊縫的補焊。鍋筒主焊縫包括縱向、環向和拼接焊縫，因此，更換管座應不在重大維修范圍之內，委托資質單位施工即可[1-2]。

修復方案主要要求[3-6]：

（1）修復人員包括焊接技術人員、焊工、焊接熱處理人員和檢驗人員，施工前做好技術交底。

（2）鍋筒材料為BHW35，管座接管材料為20#鋼，焊材牌號選用J506，手工電弧焊，多道焊接。

（3）采用機械打磨的方式清除鍋筒焊縫周邊毛刺、油污，修磨坡口。

（4）定位新管座，結構形式見圖5。

（5）鍋筒采用火焰局部預熱，預熱溫度150～200 ℃，用紅外測溫槍監控，預熱寬度不低于鍋筒厚度3 倍的范圍。

（6）焊條烘干處理，每道焊完后及時清理焊渣。

圖5 接管與鍋筒焊接形式

（7）焊后宏觀檢查無問題進行熱處理，采用火焰緩慢均勻加熱，溫度600～650 ℃，外表面用硅酸鋁氈覆蓋保溫，自然降溫。

（8）焊縫做滲透和超聲波檢驗。

7 后續進展

管座修復合格后，鍋爐安排正常運行，一段時間后，該管座再次發生歪斜，情況與第一次一致，初次原因分析結論被推翻。商討后決定做進一步擴大檢查。期間，檢查安全閥室外排氣管時，發現廠房屋頂部處起至末端，有一段長約5 m 的管段直徑小于底部管直徑，存在異常。查閱圖紙核對，室外排氣管設計值為Φ133 mm，底部到頂部尺寸一致，而現場室外因銹蝕更新的末端管被替換成Φ108 mm（圖6）。根據相關規定，安全閥流道面積應能通過所需要的最大排放量，出口排放面積必須≥進口面積，且出口面積達到足夠要求，防止排放背壓影響安全閥性能[7]。現場室外Φ108 排氣管不符合原始設計和規程要求，流道面積可能不足，使排氣在引出管頂部阻力顯著增大，流通不暢，排氣背壓可能反作用在安全閥出口的小排氣管罩口上部，產生向下的推力，在力臂作用下，足以使根部管座彎曲變形，這應該是管座歪斜的主要原因，后經確認，事件之前安全閥出現過起跳現象。

二次原因判定后，對彎曲管座進行了矯正彎直，評估沒有其他影響安全的損傷，將末端Φ108 mm 管段更換為Φ133 mm，目測檢查引出管內部無異物卡塞，鍋爐安排正常運行。通過半年時間運行觀察，期間也發生過安全閥起跳，管座狀態正常。

圖6 安全閥排氣群引出管

8 結論

（1）扎實做好設備日常巡檢工作，出現問題能夠及時發現。

（2）加強運行、維修人員理論知識和安全意識培訓，按設計和規范要求進行檢維修工作，避免盲目操作，隨意改變部件參數和材料替代，埋藏隱患，注重事后驗收。

（3）問題分析應系統，不能局限于單個部件，與其關聯的因素都要考慮，再逐一排查、判斷，為結論提供有力支撐。