文 /陈 乐

“防微杜渐”电站锅炉检验责任重于泰山

文 /陈 乐

锅炉安全运行的重要性不言而喻，湖北当阳热电厂爆炸致22人死亡的事故相信大家并不陌生，这场重大事故便是因锅炉主蒸汽管道泄漏引起的。保障锅炉安全运行的工作有很多，除了锅炉运行时定期外部检验以外，较为重要的便是停炉开展定期内部检验，对锅炉重要部件进行相应检验检测。本期讲座特邀特种设备监督检验技术研究院在用锅炉室工程师陈乐,介绍一起在电站锅炉定期检验过程中用内窥镜检查混合式减温器时发现裂纹缺陷的案例，分析讨论发生缺陷的原因，并提出了相应的整改方案及应对措施，为日后锅炉运行和检查重点提供理论支撑。

一、关键词点击

1. 电站锅炉

所谓电站锅炉，通俗来讲就是电厂用来发电的锅炉。锅炉利用燃料（煤、油、天然气、生活垃圾等）燃烧产生的热能或其他能源的热能，把水加热产生一定温度和压力的蒸汽，最终推动蒸汽轮机转动驱动发电机发电。

2. 混合式减温器

减温器，即降低温度的部件，是锅炉主要调温部件，其以锅炉给水作为冷却介质调节汽温，控制和保持过热蒸汽、再热蒸汽温度为设计值，防止过热器、再热器管壁等金属温度超限。减温器分表面式和喷水式两类，其中喷水式减温器又称混合式减温器，混合式减温器具有结构简单、造价低、汽温调节灵敏度高等优点，目前在电站锅炉中广泛使用(如图1所示)，文中提到的减温器主要是指这一种。减温水给水经喷管雾化后与蒸汽直接混合，升温汽化并从蒸汽吸收热量，改变减温水量的多少即达到调温的目的。其中，内套筒的作用是防止减温水直接喷到筒体内壁，避免温度周期性变化产生热疲劳裂纹。

图1 混合式减温器结构

3.热疲劳裂纹

金属材料由于温度梯度循环引起的热应力循环（或热应变循环），而产生的疲劳破坏现象，称为热疲劳，而由于这种冷、热交变而产生的裂纹称热疲劳裂纹。

二、案例介绍

2016年3月28日，检验人员对上海某燃机电厂一台电站锅炉开展定期内部检验。该台锅炉为上海锅炉厂有限公司生产的400 MW燃气-蒸汽（9F级）联合循环三压系统余热锅炉，累计运行时间约1万小时，启停数950次左右。内窥镜检查过热器和再热器的混合式减温器，发现一级过热器减温器集箱中3只定位螺栓有裂纹（如图2所示）、一级再热器减温器集箱内套筒有一处长约100mm裂纹（如图3所示）。

图2 定位螺栓裂纹

图3 内套筒裂纹

三、缺陷与成因分析

综合混合式减温器的结构和使用工况，分析产生上述裂纹缺陷的原因可能如下：

结构原因：减温器结构较复杂，变截面过多，焊缝多，连接处由于几何尺寸突变而存在一定应力[1]集中，可能引起图2中定位螺栓产生裂纹。

工况原因：为了保护过热器、再热器管壁不超温，要求频繁调节减温水量，水量多变的情况下易产生较大的温差应力，同时产生较大振动，可能引起图2定位螺栓和图3内套筒产生裂纹。

其他原因：加工缺陷，周向应力，可能引起图3内套筒产生裂纹。

其中工况原因为主要原因，材料在环境温度循环变化和机械约束的作用下，易产生热疲劳裂纹。温度的变化，使材料膨胀或者收缩，由于受到约束从而产生热应力。减温器在工作过程中，减温水量过大，雾化不好，蒸汽与减温水汇合处会产生温差应力，且减温水汽化始终伴随较大振动，同时受到定位螺栓约束，其交变作用导致减温器筒体及内衬套筒产生热疲劳，材料内部晶粒之间产生“挤出”“挤入”现象，形成滑移带，从而产生裂纹。

四、专家点评

1.混合式减温器定期检验的必要性

依据TSG G7002-2015《锅炉定期检验规则》第2.4.8.4要求，应抽查混合式减温器内套筒和喷水管，内套筒是否有严重变形、移位、裂纹、开裂、破损，固定件是否有缺失、损坏，喷水孔或者喷嘴是否有明显磨损、堵塞、裂纹、开裂、脱落，筒体内壁是否有裂纹和明显腐蚀。

维持稳定的过热蒸汽和再热蒸汽汽温对发电机组设备而言至关重要，蒸汽温度的正负偏差，直接关系到发电机组的安全和经济运行，尤其是对承压集箱、受热面管材的寿命管理具有十分重要的意义。由于混合式减温器特殊的使用工况，承受较大的温差应力和振动，在喷头、喷水管孔、出汽和进汽连接管孔、内衬套筒、减温器集箱筒壁和排空管、疏水管等管孔以及连接焊缝及附近区域容易产生缺陷导致减温器损坏，进而影响整个发电机组的正常运行。所以，电站锅炉的定期检验有必要对混合式减温器进行重点检验。

2.该缺陷的处理与应对方法

由于上述混合式减温器内套筒缺陷已经目视可见，且在检验周期内扩展速度较为明显，若缺陷进一步扩展致使内套筒破裂，碎片进入蒸汽轮机，轻则导致机组停止运行影响正常发电，重则会引起汽轮机动静叶片断裂危及生命财产安全。另一方面，考虑到热疲劳对材料的损伤无法彻底消除，且往往波及到部件整体或大部分，建议直接更换内套筒。同时下次定期检验时通过宏观、内窥镜、测厚、硬度、无损检测及理化检验，对混合式减温器进行全面、彻底的检查，保证缺陷不漏检，及时消除隐患，避免事故发生。

（支持单位：上海市特种设备监督检验技术研究院）

注：[1] 应力：物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。