“防微杜漸”電站鍋爐檢驗責(zé)任重于泰山

文 /陳 樂

“防微杜漸”電站鍋爐檢驗責(zé)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(dāng)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(nèi)部檢驗，對鍋爐重要部件進行相應(yīng)檢驗檢測。本期講座特邀特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)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(nèi)窺鏡檢查混合式減溫器時發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷的案例，分析討論發(fā)生缺陷的原因，并提出了相應(yīng)的整改方案及應(yīng)對措施，為日后鍋爐運行和檢查重點提供理論支撐。

一、關(guān)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(fā)電的鍋爐。鍋爐利用燃料（煤、油、天然氣、生活垃圾等）燃燒產(chǎn)生的熱能或其他能源的熱能，把水加熱產(chǎn)生一定溫度和壓力的蒸汽，最終推動蒸汽輪機轉(zhuǎn)動驅(qū)動發(fā)電機發(fā)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(diào)溫部件，其以鍋爐給水作為冷卻介質(zhì)調(diào)節(jié)汽溫，控制和保持過熱蒸汽、再熱蒸汽溫度為設(shè)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(jié)構(gòu)簡單、造價低、汽溫調(diào)節(jié)靈敏度高等優(yōu)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(jīng)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(diào)溫的目的。其中，內(nèi)套筒的作用是防止減溫水直接噴到筒體內(nèi)壁，避免溫度周期性變化產(chǎn)生熱疲勞裂紋。

圖1 混合式減溫器結(jié)構(gòu)

3.熱疲勞裂紋

金屬材料由于溫度梯度循環(huán)引起的熱應(yīng)力循環(huán)（或熱應(yīng)變循環(huán)），而產(chǎn)生的疲勞破壞現(xiàn)象，稱為熱疲勞，而由于這種冷、熱交變而產(chǎn)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(nèi)部檢驗。該臺鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的400 MW燃氣-蒸汽（9F級）聯(lián)合循環(huán)三壓系統(tǒng)余熱鍋爐，累計運行時間約1萬小時，啟停數(shù)950次左右。內(nèi)窺鏡檢查過熱器和再熱器的混合式減溫器，發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(nèi)套筒裂紋

三、缺陷與成因分析

綜合混合式減溫器的結(jié)構(gòu)和使用工況，分析產(chǎn)生上述裂紋缺陷的原因可能如下：

結(jié)構(gòu)原因：減溫器結(jié)構(gòu)較復(fù)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(yīng)力[1]集中，可能引起圖2中定位螺栓產(chǎn)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(diào)節(jié)減溫水量，水量多變的情況下易產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，同時產(chǎn)生較大振動，可能引起圖2定位螺栓和圖3內(nèi)套筒產(chǎn)生裂紋。

其他原因：加工缺陷，周向應(yīng)力，可能引起圖3內(nèi)套筒產(chǎn)生裂紋。

其中工況原因為主要原因，材料在環(huán)境溫度循環(huán)變化和機械約束的作用下，易產(chǎn)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(chǎn)生熱應(yīng)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(chǎn)生溫差應(yīng)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(dǎo)致減溫器筒體及內(nèi)襯套筒產(chǎn)生熱疲勞，材料內(nèi)部晶粒之間產(chǎn)生“擠出”“擠入”現(xiàn)象，形成滑移帶，從而產(chǎn)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(jù)TSG G7002-2015《鍋爐定期檢驗規(guī)則》第2.4.8.4要求，應(yīng)抽查混合式減溫器內(nèi)套筒和噴水管，內(nèi)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(nèi)壁是否有裂紋和明顯腐蝕。

維持穩(wěn)定的過熱蒸汽和再熱蒸汽汽溫對發(fā)電機組設(shè)備而言至關(guān)重要，蒸汽溫度的正負偏差，直接關(guān)系到發(fā)電機組的安全和經(jīng)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(yīng)力和振動，在噴頭、噴水管孔、出汽和進汽連接管孔、內(nèi)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(qū)域容易產(chǎn)生缺陷導(dǎo)致減溫器損壞，進而影響整個發(fā)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(yīng)對方法

由于上述混合式減溫器內(nèi)套筒缺陷已經(jīng)目視可見，且在檢驗周期內(nèi)擴展速度較為明顯，若缺陷進一步擴展致使內(nèi)套筒破裂，碎片進入蒸汽輪機，輕則導(dǎo)致機組停止運行影響正常發(fā)電，重則會引起汽輪機動靜葉片斷裂危及生命財產(chǎn)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(nèi)套筒。同時下次定期檢驗時通過宏觀、內(nèi)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(fā)生。

（支持單位：上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院）

注：[1] 應(yīng)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(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)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(fù)到變形前的位置。