超（超）臨界電站鍋爐外部檢驗分析

于建明

（中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

隨著中國經濟的快速發展和全社會用電量的快速增長,中國電網規模、電源總裝機容量和發電量均居世界首位。根據中國電力企業聯合會《中國電力行業年度發展報告2023》數據,截至2022 年底,全國裝機容量已達2.56×109kW,其中燃煤火電機組容量超過1.12×109kW,占總裝機容量的43.8%。目前,大多數燃煤火電機組采用超臨界和超超臨界鍋爐。

在“雙碳”目標的指引下,中國電力工業必須在確保電力安全的基礎上,加快發展火電“高效、清潔、減排”。為了實現這一目標,不僅需要逐步關閉不符合要求的落后機組,還需要采取優化措施,促進超（超）臨界機組的超低排放、節能、環保和靈活運行,以滿足新能源消費的需要。

1 外部檢驗的重要性和必要性

在火力發電廠中,鍋爐機組運行的狀態決定著整個電廠運行的安全性和經濟性[1]。電站鍋爐使用管理水平的高低和使用狀況的優劣,決定了電站鍋爐的運行狀況。《中華人民共和國特種設備安全法》《特種設備安全監察條例》、TSG 11—2020《鍋爐安全技術規程》、TSG 08—2017《特種設備使用管理規則》中均提出了鍋爐使用管理的要求,其主要內容包括使用登記、人員配備機構設置、管理制度的建立和落實、技術檔案、檢修維護保養及檢驗方面的要求[2]。外部檢驗作為鍋爐定期檢驗的重要組成部分,是鍋爐運行狀態下檢查技術、設備以及運行管理水平的有效措施。

超（超）臨界電站鍋爐運行參數高、結構復雜,對其使用和管理水平提出了較高的要求。特別是當機組頻繁啟停或深度調峰時,將出現大量鍋爐安全問題,如受熱面壁溫安全、水動力安全、低負荷運行時的穩定燃燒等,給鍋爐運行管理人員帶來挑戰。

在外部檢驗工作中,檢驗人員通過資料核查、現場檢查等手段發現管理體系和設備運行中存在的問題,及時將問題反饋給電廠并分析原因,督促這些問題的妥善解決,可以有效避免危及鍋爐安全運行的風險。

2 外部檢驗的具體項目歸類

依據TSG 11—2020 的要求,并參考TSG 08—2017,電站鍋爐外部檢驗工作具體項目可分類歸納為以下10 個類別,見表1[3,4]。

表1 外部檢驗具體項目列表

3 外部檢驗中問題發生概率統計

本文是在收集匯總了600 余臺超（超）臨界電站鍋爐外部檢驗結果的基礎上對發生問題進行分類統計的結果。這些鍋爐機組包含350 MW、600 MW、660 MW 及1 000 MW 等級別容量,涵蓋了目前國內普遍采用的大型鍋爐制造廠生產的超（超）臨界機組鍋爐型式。按照檢驗項目類別,各檢驗項目問題發生概率情況如圖1 ～圖10 所示。

圖1 設計制造相關資料問題發生概率

圖2 使用管理制度問題發生概率

圖3 人員持證情況問題發生概率

圖4 鍋爐操作空間和承重裝置問題發生概率

圖5 管道、閥門、支吊架問題發生概率

圖6 爐墻、保溫、膨脹系統問題發生概率

圖7 安全閥問題發生概率

圖8 壓力測量裝置問題發生概率

圖9 溫度測量裝置問題發生概率

圖10 其他問題發生概率

經統計可以發現,這600 余臺超（超）臨界電站鍋爐在運行管理和使用狀況方面或多或少地存在一些問題,外部檢驗工作確保了這些問題的及時發現。另外,相對發生概率高的問題,有些問題幾乎不會發生,比如鍋爐膨脹中心均滿足固定要求。

按照檢驗項目問題發生概率的高低進行分類統計,將其分為2 個等級,即A 類項目（問題發生概率高于20%）、B 類項目（問題發生概率低于20%）。A 類項目按問題發生概率大小排序如圖11 所示。

圖11 A 類項目問題發生概率

A 類項目按問題發生概率從大到小排列如下：

1）保溫；2）支吊架；3）儀表定期校驗和試驗記錄、報告；4）壓力表裝設部位、精確度、量程、表盤直徑；5）膨脹指示器；6）安全管理人員；7）吹灰器；8）閥門有無泄漏；9）壓力測量裝置校驗標識；10）安全閥安裝、數量、型式、規格；11）安全閥校驗標識；12）水處理作業人員；13）壓力表刻度盤及紅線標示；14）安全閥定期排放試驗記錄；15）安全閥排氣、疏水管；16）膨脹機構組件；17）安全閥有無解列、泄漏；18）樓梯、平臺、欄桿、護板；19）防火、防雷、防風、防雨、防凍、防腐設施；20）聯鎖保護投退記錄及審批手續；21）爐墻和爐頂。

B 類項目為除以上21 條外的其他檢驗項目。

下面以圖11 中發生概率較大的保溫和支吊架問題重點說明。鍋爐保溫主要包括覆蓋水冷壁、包墻過熱器等受熱面,爐頂大罩殼及連接管道等部位的隔熱層。這些隔熱層對保證鍋爐運行參數起到了至關重要的作用,并能有效減少鍋爐熱損失,提高熱效率。電站鍋爐保溫材料的破損、缺失一直是容易被忽視的問題,尤其是一些主蒸汽管道、再熱熱段管道等高溫部件發生以上問題時,往往伴隨著冷空氣、雨雪水等低溫介質滲入保溫層與高溫部件接觸,導致熱疲勞損傷的發生,嚴重時將危及鍋爐的安全。目前,在外部檢驗過程中可通過手持式測溫儀方便有效地判斷保溫損壞情況。在條件允許時,紅外熱像儀作為輔助手段能夠幫助檢驗人員快速定位保溫損壞問題并判斷問題的嚴重程度。鍋爐支吊架特別是管道支吊架作為管道系統的重要組成部分,其性能直接決定了管道及鍋爐設備的安全可靠性。超（超）臨界電站鍋爐管道系統復雜,支吊架數量及種類不斷增加,各支吊架制造工藝及承載情況的好壞嚴重影響管道的正常運行。例如支吊架吊桿冷/熱態偏斜角度超標、阻尼器阻礙管道膨脹、恒力吊架位移指針或轉動機構卡死、彈力吊桿超載或欠載等問題一旦發生,輕者導致管道膨脹受阻,重者將破壞整個管道系統的受力狀況,進而危及管道連接設備的安全運行。支吊架問題通過專業冷熱態檢查及調整,往往能夠得到有效解決。

4 外部檢驗的建議

目前,鍋爐外部檢驗方案一般根據TSG 11—2020中電站鍋爐相關要求編制,結合表1 所列檢驗項目可以為現場工作指明方向,但涉及的具體檢驗項目較多,且檢驗周期短,檢驗單位很難像內部檢驗一樣投入大量專業人員到現場,從而影響了問題的檢出率和檢驗工作的質量。由于超（超）臨界電站鍋爐在鍋爐結構和運行管理模式上有其自身的特點,檢驗人員根據鍋爐的實際運行情況抓住重點投入力量尤為重要,即不僅要注意問題的檢出率,還要強調時效性。

通過以上對超（超）臨界電站鍋爐外部檢驗中發現問題的統計分析,可以看出,對于A 類項目,在編制計劃時應突出重點,擴大范圍,并在檢驗過程中投入相對較多的檢驗力量；對于B 類項目,在滿足TSG 11—2020 的條件下,可根據鍋爐運行情況適當減少檢驗力量的投入。對于問題發生概率較高的項目,應加大檢查力度的投入；否則,應該盡量減少檢驗力量的投入,有助于提高檢驗效率和質量[5]。

然而應注意的是,問題發生的概率并不代表鍋爐外部檢驗的投入比例。因為一些重大問題,如鍋爐安全保護裝置問題,由于用戶重視原因所占比例不高,但對鍋爐安全有重大影響。在現場外部檢驗過程中,與用戶充分溝通、了解設備的情況、綜合判斷,以避免漏檢,確保鍋爐安全運行。

5 結論

作為電站鍋爐定期檢驗的重要組成部分,外部檢驗的有效實施可以幫助電廠提前發現安全隱患,減小風險,有力地保障鍋爐的安全穩定運行。檢驗人員應做好充分準備,熟悉受檢鍋爐的運行特點,在工作中不斷累積發現問題的經驗,掌握問題發生的規律,做到有的放矢,高效完成外部檢驗工作。