火电厂锅炉减温器缺陷分析及预防

杨点中，胡洁梓，陈小林

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

目前大型火力发电厂锅炉基本采用喷水减温和摆动喷燃器的措施来调节汽温，其中喷水减温器由于部件结构简单、调温幅度大、调节灵敏度高和易于实现自动化等优点，在锅炉的汽温调节中得到广泛应用。但喷水减温器长期处于高温环境及喷水流量变化频繁的恶劣工况下，极易发生各类故障或失效。目前相关监督规程对减温器检验周期和项目的要求不够详细，少数发电厂在减温器定期检验方面存在漏检、失检情况，易导致减温器部件由微小缺陷逐步扩大而引发失效。

1 存在的问题及危害

在锅炉减温器部件缺陷中，最常见的是喷水管出现裂纹或完全断裂、破碎，混合内套管存在疲劳裂纹，喷嘴部件断裂或脱落，喷水管接管座、内套筒固定焊等焊缝部位存在焊接缺陷等问题，严重的甚至出现减温器联箱筒体龟裂、裂穿导致泄漏。尤其在锅炉过热器系统中，常以喷水减温作为主要的汽温调节手段，减温水流量大，投用频率高，相对再热器而言，减温器部件出现异常的几率更高。近年来，浙江省多家发电厂的300MW亚临界机组锅炉减温器的笛形喷水管出现过断裂或表面裂纹的情况，这些缺陷的存在不同程度地影响了减温器的正常使用，危及锅炉安全运行。

（1）减温器喷水管一旦发生断裂，减温水投用后将不能很好地与蒸汽雾化混合，调节汽温的作用大为降低。在蒸汽温度出现超温情况下势必要加大喷水流量，未完全汽化的低温水流至高温的混合内套筒或直接接触减温器联箱筒体后吸热汽化，由此产生的温差交变应力会导致减温器内套筒或筒体热疲劳裂纹。在极端情况下，如减温水随汽流冲至过热器进口联箱三通部位或炉管内，会导致炉管内氧化皮急剧剥落甚至造成水塞爆管。某厂300MW亚临界机组末级过热器曾在启动阶段多次发生过热爆管，分析原因即与过热器二级减温器异常有关。而某厂125MW机组也曾因再热器微量喷水减温器联箱筒体出现贯穿性热疲劳裂纹引发泄漏，现场因无减温器备品只能在减温器筒体外临时贴补弧形钢板进行堵漏，给机组继续运行带来较大的安全隐患。

（2）减温水调节汽温效果不佳，可能会引起高温受热面管屏严重超温，加快炉管内壁氧化皮的生成，长期超温运行会导致炉管组织老化、性能劣化引发过热爆管。在两侧布置减温器的锅炉，当单侧减温器故障时会造成两侧蒸汽流量分配异常，引起两侧汽温异常变化及单侧管屏的严重超温。某厂660MW超超临界机组曾因燃烧工况调整和减温水投用等综合因素影响，造成单侧主汽温度严重超限，导致锅炉MFT（主燃料跳闸）。

（3）如果减温器故障导致部件断裂脱落，脱落部件会被蒸汽带入受热面进口联箱，有堵住管口或掉入炉管内引发重复过热爆管的安全隐患。近年来，在检修或爆管消缺中发现的断裂部件有减温器喷嘴压盖螺母、喷水管和内套筒断裂碎块、内套筒扁钢工艺件等，一旦检查不到位或消缺不彻底，可能会连续引起过热爆管，影响机组安全运行。某厂600MW超临界机组曾发生再热器减温器内套筒间的碳钢材质扁钢工艺件断裂，碎片冲入再热器进口联箱内，导致再热器管排发生过热爆管。

2 减温器失效原因分析

减温器部件失效原因涉及设计、制造、运行、检测等环节，分别举例如下：

（1）某发电厂3台600MW超临界机组检修中均发现再热器喷水减温器内套筒局部存在热疲劳裂纹，属于共性问题。查阅设计图纸，发现该再热器减温器结构上下对称，各有1只喷嘴伸入混合套管内，因喷嘴距单侧内套筒较近，减温水投用后内套筒局部位置长期承受交变热应力产生疲劳裂纹。将减温器喷嘴返厂进行改型处理，并适当调整喷嘴方向后，问题得到了解决。

（2）锅炉设计要求喷水减温器具有良好的雾化性能，喷水管多采用笛形管设计，在直管段上开有很多小孔，以便减温水得到雾化。小孔周边部位因结构应力集中和孔桥强度减弱，容易产生裂纹。其次，减温器内套筒定位螺栓、支撑螺栓与联箱筒体间角焊缝，喷水管与大小头接管座、减温器喷嘴与喷水管异种钢焊缝等焊接部位，在制造和安装阶段均可能存在焊接缺陷。

（3）减温器内存在不同温度的双相介质，必然会引起一些部件的温差，尤其在混合套管内，减温水的加热、汽化、蒸发、热交换在不同区段完成，对应地也存在不同的温度区间，减温器入口和出口之间温差越大，混合套管与联箱的相对膨胀也越大。如果膨胀受阻，混合套管定位螺栓与联箱筒体角焊缝等部位易产生裂纹或脱焊，使混合套管移位甚至翻转。

减温器内部因汽流冲刷会产生振动，当流体激振频率与喷水管、混合套管固有频率相近时甚至会引发共振，加剧部件振动疲劳，使内部装置受到破坏。

喷水管断裂使雾化功能变差，甚至将低温的减温水直接喷到混合套管内套筒或减温器联箱筒体上，在热交变应力作用下产生疲劳裂纹，严重时会导致减温器联箱筒体因裂纹引发泄漏。

（4）部分发电厂的减温器运行方式也存在问题，为控制汽温和壁温不超限，可能会出现过量投用减温水情况。某发电厂600MW亚临界机组在滑参数停炉过程中，为了控制过热蒸汽温度而投入过热器一级减温水，但减温水投用量过大，其中在50%BMCR（锅炉最大蒸发量）工况，减温水最高投用量曾达149 t/h（设计值为70.8 t/h），是设计减温水投用量的2.1倍；在30%BMCR工况，最高投用量为115 t/h（设计值为40.9 t/h），是设计减温水投用量的2.8倍，严重超出锅炉厂家产品说明书和发电厂运行规程要求。过量投用减温水会加大壁温和汽温变化速率，加剧炉管内壁氧化皮剥落和堵管风险，给锅炉运行带来不利影响。

3 减温器检验和监督管理

目前发电厂锅炉压力容器定期检验规程和火力发电厂金属技术监督规程中涉及锅炉减温器的项目较少，检验周期不够明确。部分发电厂在机组检修中未安排减温器检查项目。个别发电厂因炉顶大罩内其它汽水管道系统结构布局限制，机组自投运以来从未对减温器进行过相关检验，导致长期运行后的减温器部件存在较大安全隐患。

对减温器的监督管理要贯彻全过程监督理念，在制造、安装和监督检验过程中严格把关，确保减温器部件制造和安装质量满足设计要求。尤其是基建新机组，锅炉和金属等相关专业人员要提前介入，严格审阅锅炉厂家提供的减温器设计图纸和安装、使用说明书，在安装前对减温器进行100%宏观检查，发现异常及时安排无损检测和理化检验，消除安全隐患。

在锅炉运行过程中应加强燃烧工况调整，在确保汽温得到有效调控的前提下尽量减小减温水流量和投运频次，降低温度应力和汽流振动的不利影响，以延长减温器的使用寿命。

在锅炉检修中应加强对减温器部件的检查和检验，对运行达5万h以上的机组，建议结合机组大修对减温器联箱两侧对接焊缝进行无损探伤检查，对减温器内部安排内窥镜检查，如发现有喷水管裂纹或断裂、内套筒裂纹等严重问题，建议割开减温器联箱筒体两侧焊缝，对联箱筒体内表面、混合套管及各焊缝部位进行宏观检查和表面探伤检查。其后，每隔5万h再安排相关检验。同时，对减温水系统阀门加强检修质量管理，切实消除减温水阀门调节线性差、关闭不严等问题或隐患，以确保减温器能安全正常投用。

[1]宋汉武.蒸汽锅炉减温器[M].重庆：科学技术文献出版社重庆分社，1987.

[2]邓剑，罗永浩，陆方，等.1025 t/h锅炉过热器喷水减温器安全可靠性分析[J].锅炉技术，2007（5）∶7-8.