電站鍋爐噴水減溫器泄漏原因分析

杜曉剛，張建樹(shù)，高義斌

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原 030001；2.山西國(guó)際能源集團(tuán)宏光發(fā)電有限公司，山西呂梁 033000）

0 引言

減溫器是電廠過(guò)熱系統(tǒng)中不可或缺的重要部件，主要用來(lái)控制過(guò)熱器的蒸汽溫度，一般位于各過(guò)熱器集箱之間的連接管道上，常分為一級(jí)、二級(jí)減溫器。一般來(lái)說(shuō)，一級(jí)減溫器噴水量大，起主要減溫作用，二級(jí)減溫器則起微調(diào)作用。由于減溫器長(zhǎng)期處在冷熱溫度交替的環(huán)境，受熱循環(huán)交變應(yīng)力的作用容易在筒體內(nèi)壁產(chǎn)生疲勞損傷[1-7]，在噴嘴處發(fā)生斷裂事故[8-16]，進(jìn)而嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。某電廠1 號(hào)機(jī)組為300 MW、自然循環(huán)機(jī)組，燃燒方式為循環(huán)流化床型，其投運(yùn)至今共運(yùn)行3.5 萬(wàn)h。近期運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)1 號(hào)機(jī)組右側(cè)再熱器微調(diào)噴水減溫器有泄漏情況。通過(guò)對(duì)該噴水減溫器的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)筒體內(nèi)部存在裂紋缺陷，再對(duì)該減溫器內(nèi)部進(jìn)一步檢查并對(duì)泄漏過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析，找出了此次泄漏的根本原因，提出了運(yùn)維建議。

1 減溫器泄漏情況簡(jiǎn)介

在1 號(hào)機(jī)組右側(cè)再熱器微調(diào)噴水減溫器發(fā)現(xiàn)有異常情況后，現(xiàn)場(chǎng)立即組織拆除保溫檢查，在噴水管座前側(cè)約100 mm 處發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，并有少量白色蒸汽連續(xù)噴出，經(jīng)檢查確認(rèn)該減溫器筒體發(fā)生泄漏，并立即實(shí)施停爐，以進(jìn)一步仔細(xì)檢查。

停機(jī)后對(duì)該減溫器表面宏觀檢查，減溫器筒體表面狀況總體良好，無(wú)明顯氧化皮，但在位于噴水管座前側(cè)110 mm 位置有1 處泄漏點(diǎn)，泄漏點(diǎn)開(kāi)口較小，呈圓形狀，直徑大約5 mm。由于泄漏點(diǎn)就在噴水管座附近，初步判斷筒體內(nèi)部的噴水管可能出現(xiàn)損傷，使噴水管中的水直接接觸到筒體內(nèi)壁，筒體內(nèi)壁在熱循環(huán)應(yīng)力的長(zhǎng)時(shí)間作用下產(chǎn)生裂紋，并逐步由內(nèi)向外擴(kuò)展，最終導(dǎo)致泄漏。受電網(wǎng)調(diào)度影響，此次停機(jī)處理時(shí)間很短，來(lái)不及對(duì)減溫器進(jìn)行割管及內(nèi)部檢查。為保證機(jī)組按時(shí)啟機(jī)，只在有限的時(shí)間內(nèi)對(duì)減溫器筒體做了超聲檢測(cè)，對(duì)有裂紋的內(nèi)壁進(jìn)行了消缺焊接修復(fù)處理。在繼續(xù)運(yùn)行約10個(gè)月后，利用檢修間隙對(duì)該減溫器進(jìn)行了整體更換，并對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行了詳細(xì)檢查，找出了導(dǎo)致泄漏的根本原因。

2 宏觀檢查及無(wú)損檢驗(yàn)

2.1 減溫器構(gòu)造

該再熱器微調(diào)噴水減溫器位于低溫再熱器出口集箱至屏式再熱器進(jìn)口集箱之間，由東方鍋爐集團(tuán)公司生產(chǎn)，筒身外徑558.8 mm，長(zhǎng)度4 700 mm，筒體厚度28 mm；筒體內(nèi)部固定有保護(hù)套筒，其內(nèi)徑為478.8 mm，套筒厚度8 mm；噴水管座與筒體的連接方式為安放式，其規(guī)格為d160×40 mm，減溫器筒體及噴水管座材質(zhì)均為12Cr1MoV。

2.2 無(wú)損檢驗(yàn)

采用A 型脈沖反射法進(jìn)行超聲檢測(cè)，數(shù)字超聲檢測(cè)儀型號(hào)為中科HS610e，探頭規(guī)格采用2.5P8×12K0.8，采用CSK-Ⅰ、SW-Ⅰ試塊調(diào)節(jié)好儀器靈敏度，并增益6 dB 作為檢測(cè)靈敏度。檢測(cè)前，對(duì)減溫器筒體表面進(jìn)行打磨處理，保證其粗糙度符合檢測(cè)要求，分別從周向、軸向兩個(gè)方向?qū)ν搀w進(jìn)行檢測(cè)，掃查速度不超過(guò)100 mm/s。

軸向檢測(cè)過(guò)程中，在泄漏點(diǎn)處發(fā)現(xiàn)有強(qiáng)烈的反射回波。該反射波波幅較高，波形尖銳，清晰穩(wěn)定，波底較寬，有多峰現(xiàn)象。從兩側(cè)檢測(cè)時(shí)，缺陷位置基本一致，兩側(cè)波高相差較小，移動(dòng)探頭時(shí)缺陷有一定長(zhǎng)度。綜上考慮，可以判斷此波形為典型的裂紋波。該裂紋整體走向呈環(huán)向，長(zhǎng)度達(dá)到115 mm，顯示深度為26.4 mm。對(duì)該處筒體用測(cè)厚儀檢測(cè)，顯示筒體厚度為27.2 mm，可以判斷該裂紋為筒體內(nèi)壁的環(huán)向裂紋。

在承壓設(shè)備中，裂紋為重大危害性缺陷，不允許存在，對(duì)發(fā)現(xiàn)的裂紋必須清除。裂紋清除時(shí)一般采用機(jī)械打磨方式，并用著色滲透方法檢測(cè)，確認(rèn)裂紋被完全清除。通過(guò)對(duì)泄漏點(diǎn)打磨、著色后，發(fā)現(xiàn)有清晰的裂紋缺陷顯示，與超聲檢測(cè)情況基本吻合。

3 原因分析

原減溫器換下后，對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)噴水管在套筒截面處已完全斷成兩截（如圖1 所示），噴水管上的噴嘴朝向下方的套筒定位螺栓。此外，還發(fā)現(xiàn)保護(hù)套筒橫向上有明顯的位移，噴水管側(cè)用于固定套筒的上下兩個(gè)定位螺栓的焊口處也全部開(kāi)裂。

圖1 原減溫器內(nèi)部狀況示意圖

對(duì)噴水管斷裂位置觀察發(fā)現(xiàn)，斷裂位置并不在焊縫處而是位于焊縫上方約20 mm 直管處，與套筒內(nèi)壁大致平齊。在鄰近噴水管的套筒區(qū)域，可以看到多處明顯的裂縫，且裂口縫隙較大，說(shuō)明已經(jīng)裂透。在裂縫區(qū)域還有明顯的銹跡痕跡，說(shuō)明該處還受到了減溫水的長(zhǎng)期作用。由于該區(qū)域與減溫器筒體外壁泄漏位置一致，因此判斷減溫器筒體內(nèi)壁裂紋的產(chǎn)生與套筒的開(kāi)裂有直接關(guān)系。

從原減溫器的噴嘴和下方定位螺栓斷裂處可看出，噴水管噴嘴并沒(méi)有朝向蒸汽流動(dòng)方向，而是大致朝向下方的定位螺栓。在運(yùn)行中減溫水會(huì)直接從噴嘴中噴射到下方的定位螺栓。定位螺栓主要用于固定套筒，防止其在運(yùn)行中產(chǎn)生移動(dòng)，正常情況下是不容易產(chǎn)生開(kāi)裂的。該減溫器內(nèi)下方的定位螺栓由于受到了減溫水和高溫蒸汽的共同作用，在冷熱應(yīng)力的長(zhǎng)期循環(huán)作用下，出現(xiàn)了焊口開(kāi)裂現(xiàn)象。在下方定位螺栓開(kāi)裂后，整個(gè)套筒出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致上方的定位螺栓也漸漸開(kāi)裂。2 個(gè)定位螺栓均開(kāi)裂后，在高溫蒸汽的強(qiáng)大沖擊力下，套筒會(huì)沿著蒸汽方向產(chǎn)生位移與噴水管發(fā)生碰撞摩擦，在剪切力的不斷作用下，噴水管在套筒處發(fā)生了橫向斷裂，減溫水則直接從斷裂處噴出，直接噴向套筒內(nèi)壁，在冷熱循環(huán)應(yīng)力的不斷作用下，套筒內(nèi)壁逐漸開(kāi)始產(chǎn)生裂紋，并不斷向外發(fā)展，直至裂透。內(nèi)部套筒產(chǎn)生裂縫后，減溫水則又通過(guò)裂縫間隙滲入到筒體內(nèi)壁，在熱應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，在筒體內(nèi)壁先產(chǎn)生裂紋，并逐步向筒體外壁發(fā)展，最終導(dǎo)致了此次泄漏事故。

4 結(jié)論及建議

a）此次泄漏事故的直接原因是減溫器內(nèi)部保護(hù)套筒開(kāi)裂，使減溫水可以通過(guò)開(kāi)裂的縫隙影響到筒體內(nèi)壁，在長(zhǎng)期受到冷熱循環(huán)作用后，筒體內(nèi)壁開(kāi)始萌生熱疲勞裂紋，并逐漸從內(nèi)向外發(fā)展，發(fā)展到一定程度后最終導(dǎo)致開(kāi)裂泄漏。

b）導(dǎo)致減溫器筒體內(nèi)壁產(chǎn)生裂紋的根本原因是該減溫器在最初制造時(shí)，噴水管的噴嘴方向未按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求（應(yīng)與蒸汽流動(dòng)方向一致）安裝而是朝向了另一側(cè)下方安裝。固定套筒下方的定位螺栓恰好在噴嘴減溫水的噴射范圍內(nèi)，在減溫水與高溫蒸汽的長(zhǎng)期冷熱循環(huán)作用下，定位螺栓的焊口先產(chǎn)生開(kāi)裂，使內(nèi)部套筒松動(dòng)，進(jìn)而出現(xiàn)位移，并與噴水管碰撞摩擦，在剪切力的不斷作用下，噴水管在套筒處最終橫向斷裂，使減溫水可以直接從斷裂處噴向套筒內(nèi)壁，在熱應(yīng)力的不斷作用下，套筒內(nèi)壁開(kāi)始產(chǎn)生裂紋不斷向外發(fā)展直至破裂，最終誘發(fā)了筒體內(nèi)壁裂紋的產(chǎn)生。

c）在今后的運(yùn)行中，應(yīng)根據(jù)《電站鍋爐壓力容器檢驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，在條件允許時(shí)，應(yīng)對(duì)減溫器割管，檢查噴水管有無(wú)損傷，用內(nèi)窺鏡檢查內(nèi)襯套、噴嘴有無(wú)裂紋、磨損、腐蝕等情況。另外，還應(yīng)注意監(jiān)視減溫水流量，防止減溫水過(guò)量，避免頻繁投入減溫水[17]，從而保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。