火電廠鍋爐減溫器缺陷分析及預(yù)防

楊點中，胡潔梓，陳小林

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

目前大型火力發(fā)電廠鍋爐基本采用噴水減溫和擺動噴燃器的措施來調(diào)節(jié)汽溫，其中噴水減溫器由于部件結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)溫幅度大、調(diào)節(jié)靈敏度高和易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，在鍋爐的汽溫調(diào)節(jié)中得到廣泛應(yīng)用。但噴水減溫器長期處于高溫環(huán)境及噴水流量變化頻繁的惡劣工況下，極易發(fā)生各類故障或失效。目前相關(guān)監(jiān)督規(guī)程對減溫器檢驗周期和項目的要求不夠詳細，少數(shù)發(fā)電廠在減溫器定期檢驗方面存在漏檢、失檢情況，易導(dǎo)致減溫器部件由微小缺陷逐步擴大而引發(fā)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(xiàn)裂紋或完全斷裂、破碎，混合內(nèi)套管存在疲勞裂紋，噴嘴部件斷裂或脫落，噴水管接管座、內(nèi)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(xiàn)減溫器聯(lián)箱筒體龜裂、裂穿導(dǎo)致泄漏。尤其在鍋爐過熱器系統(tǒng)中，常以噴水減溫作為主要的汽溫調(diào)節(jié)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(xiàn)異常的幾率更高。近年來，浙江省多家發(fā)電廠的300MW亞臨界機組鍋爐減溫器的笛形噴水管出現(xiàn)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(fā)生斷裂，減溫水投用后將不能很好地與蒸汽霧化混合，調(diào)節(jié)汽溫的作用大為降低。在蒸汽溫度出現(xiàn)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(nèi)套筒或直接接觸減溫器聯(lián)箱筒體后吸熱汽化，由此產(chǎn)生的溫差交變應(yīng)力會導(dǎo)致減溫器內(nèi)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(lián)箱三通部位或爐管內(nèi)，會導(dǎo)致爐管內(nèi)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(fā)生過熱爆管，分析原因即與過熱器二級減溫器異常有關(guān)。而某廠125MW機組也曾因再熱器微量噴水減溫器聯(lián)箱筒體出現(xiàn)貫穿性熱疲勞裂紋引發(fā)泄漏，現(xiàn)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(xù)運行帶來較大的安全隱患。

（2）減溫水調(diào)節(jié)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(nèi)壁氧化皮的生成，長期超溫運行會導(dǎo)致爐管組織老化、性能劣化引發(fā)過熱爆管。在兩側(cè)布置減溫器的鍋爐，當(dāng)單側(cè)減溫器故障時會造成兩側(cè)蒸汽流量分配異常，引起兩側(cè)汽溫異常變化及單側(cè)管屏的嚴重超溫。某廠660MW超超臨界機組曾因燃燒工況調(diào)整和減溫水投用等綜合因素影響，造成單側(cè)主汽溫度嚴重超限，導(dǎo)致鍋爐MFT（主燃料跳閘）。

（3）如果減溫器故障導(dǎo)致部件斷裂脫落，脫落部件會被蒸汽帶入受熱面進口聯(lián)箱，有堵住管口或掉入爐管內(nèi)引發(fā)重復(fù)過熱爆管的安全隱患。近年來，在檢修或爆管消缺中發(fā)現(xiàn)的斷裂部件有減溫器噴嘴壓蓋螺母、噴水管和內(nèi)套筒斷裂碎塊、內(nèi)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(xù)引起過熱爆管，影響機組安全運行。某廠600MW超臨界機組曾發(fā)生再熱器減溫器內(nèi)套筒間的碳鋼材質(zhì)扁鋼工藝件斷裂，碎片沖入再熱器進口聯(lián)箱內(nèi)，導(dǎo)致再熱器管排發(fā)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(shè)計、制造、運行、檢測等環(huán)節(jié)，分別舉例如下：

（1）某發(fā)電廠3臺600MW超臨界機組檢修中均發(fā)現(xiàn)再熱器噴水減溫器內(nèi)套筒局部存在熱疲勞裂紋，屬于共性問題。查閱設(shè)計圖紙，發(fā)現(xiàn)該再熱器減溫器結(jié)構(gòu)上下對稱，各有1只噴嘴伸入混合套管內(nèi)，因噴嘴距單側(cè)內(nèi)套筒較近，減溫水投用后內(nèi)套筒局部位置長期承受交變熱應(yīng)力產(chǎn)生疲勞裂紋。將減溫器噴嘴返廠進行改型處理，并適當(dāng)調(diào)整噴嘴方向后，問題得到了解決。

（2）鍋爐設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)應(yīng)力集中和孔橋強度減弱，容易產(chǎn)生裂紋。其次，減溫器內(nèi)套筒定位螺栓、支撐螺栓與聯(lián)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(nèi)存在不同溫度的雙相介質(zhì)，必然會引起一些部件的溫差，尤其在混合套管內(nèi)，減溫水的加熱、汽化、蒸發(fā)、熱交換在不同區(qū)段完成，對應(yīng)地也存在不同的溫度區(qū)間，減溫器入口和出口之間溫差越大，混合套管與聯(lián)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(lián)箱筒體角焊縫等部位易產(chǎn)生裂紋或脫焊，使混合套管移位甚至翻轉(zhuǎn)。

減溫器內(nèi)部因汽流沖刷會產(chǎn)生振動，當(dāng)流體激振頻率與噴水管、混合套管固有頻率相近時甚至?xí)l(fā)共振，加劇部件振動疲勞，使內(nèi)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(nèi)套筒或減溫器聯(lián)箱筒體上，在熱交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞裂紋，嚴重時會導(dǎo)致減溫器聯(lián)箱筒體因裂紋引發(fā)泄漏。

（4）部分發(fā)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(xiàn)過量投用減溫水情況。某發(fā)電廠600MW亞臨界機組在滑參數(shù)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(fā)量）工況，減溫水最高投用量曾達149 t/h（設(shè)計值為70.8 t/h），是設(shè)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(shè)計值為40.9 t/h），是設(shè)計減溫水投用量的2.8倍，嚴重超出鍋爐廠家產(chǎn)品說明書和發(fā)電廠運行規(guī)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(nèi)壁氧化皮剝落和堵管風(fēng)險，給鍋爐運行帶來不利影響。

3 減溫器檢驗和監(jiān)督管理

目前發(fā)電廠鍋爐壓力容器定期檢驗規(guī)程和火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)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(fā)電廠在機組檢修中未安排減溫器檢查項目。個別發(fā)電廠因爐頂大罩內(nèi)其它汽水管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局限制，機組自投運以來從未對減溫器進行過相關(guān)檢驗，導(dǎo)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(jiān)督管理要貫徹全過程監(jiān)督理念，在制造、安裝和監(jiān)督檢驗過程中嚴格把關(guān)，確保減溫器部件制造和安裝質(zhì)量滿足設(shè)計要求。尤其是基建新機組，鍋爐和金屬等相關(guān)專業(yè)人員要提前介入，嚴格審閱鍋爐廠家提供的減溫器設(shè)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(fā)現(xiàn)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(yīng)加強燃燒工況調(diào)整，在確保汽溫得到有效調(diào)控的前提下盡量減小減溫水流量和投運頻次，降低溫度應(yīng)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(yīng)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(jié)合機組大修對減溫器聯(lián)箱兩側(cè)對接焊縫進行無損探傷檢查，對減溫器內(nèi)部安排內(nèi)窺鏡檢查，如發(fā)現(xiàn)有噴水管裂紋或斷裂、內(nèi)套筒裂紋等嚴重問題，建議割開減溫器聯(lián)箱筒體兩側(cè)焊縫，對聯(lián)箱筒體內(nèi)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(guān)檢驗。同時，對減溫水系統(tǒng)閥門加強檢修質(zhì)量管理，切實消除減溫水閥門調(diào)節(jié)線性差、關(guān)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(xué)技術(shù)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(shù)，2007（5）∶7-8.