电站锅炉喷水减温器泄漏原因分析

杜晓刚，张建树，高义斌

（1.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原 030001；2.山西国际能源集团宏光发电有限公司，山西吕梁 033000）

0 引言

减温器是电厂过热系统中不可或缺的重要部件，主要用来控制过热器的蒸汽温度，一般位于各过热器集箱之间的连接管道上，常分为一级、二级减温器。一般来说，一级减温器喷水量大，起主要减温作用，二级减温器则起微调作用。由于减温器长期处在冷热温度交替的环境，受热循环交变应力的作用容易在筒体内壁产生疲劳损伤[1-7]，在喷嘴处发生断裂事故[8-16]，进而严重影响机组的安全运行。某电厂1 号机组为300 MW、自然循环机组，燃烧方式为循环流化床型，其投运至今共运行3.5 万h。近期运行中，发现1 号机组右侧再热器微调喷水减温器有泄漏情况。通过对该喷水减温器的检验，发现筒体内部存在裂纹缺陷，再对该减温器内部进一步检查并对泄漏过程进行详细分析，找出了此次泄漏的根本原因，提出了运维建议。

1 减温器泄漏情况简介

在1 号机组右侧再热器微调喷水减温器发现有异常情况后，现场立即组织拆除保温检查，在喷水管座前侧约100 mm 处发现漏点，并有少量白色蒸汽连续喷出，经检查确认该减温器筒体发生泄漏，并立即实施停炉，以进一步仔细检查。

停机后对该减温器表面宏观检查，减温器筒体表面状况总体良好，无明显氧化皮，但在位于喷水管座前侧110 mm 位置有1 处泄漏点，泄漏点开口较小，呈圆形状，直径大约5 mm。由于泄漏点就在喷水管座附近，初步判断筒体内部的喷水管可能出现损伤，使喷水管中的水直接接触到筒体内壁，筒体内壁在热循环应力的长时间作用下产生裂纹，并逐步由内向外扩展，最终导致泄漏。受电网调度影响，此次停机处理时间很短，来不及对减温器进行割管及内部检查。为保证机组按时启机，只在有限的时间内对减温器筒体做了超声检测，对有裂纹的内壁进行了消缺焊接修复处理。在继续运行约10个月后，利用检修间隙对该减温器进行了整体更换，并对其内部进行了详细检查，找出了导致泄漏的根本原因。

2 宏观检查及无损检验

2.1 减温器构造

该再热器微调喷水减温器位于低温再热器出口集箱至屏式再热器进口集箱之间，由东方锅炉集团公司生产，筒身外径558.8 mm，长度4 700 mm，筒体厚度28 mm；筒体内部固定有保护套筒，其内径为478.8 mm，套筒厚度8 mm；喷水管座与筒体的连接方式为安放式，其规格为d160×40 mm，减温器筒体及喷水管座材质均为12Cr1MoV。

2.2 无损检验

采用A 型脉冲反射法进行超声检测，数字超声检测仪型号为中科HS610e，探头规格采用2.5P8×12K0.8，采用CSK-Ⅰ、SW-Ⅰ试块调节好仪器灵敏度，并增益6 dB 作为检测灵敏度。检测前，对减温器筒体表面进行打磨处理，保证其粗糙度符合检测要求，分别从周向、轴向两个方向对筒体进行检测，扫查速度不超过100 mm/s。

轴向检测过程中，在泄漏点处发现有强烈的反射回波。该反射波波幅较高，波形尖锐，清晰稳定，波底较宽，有多峰现象。从两侧检测时，缺陷位置基本一致，两侧波高相差较小，移动探头时缺陷有一定长度。综上考虑，可以判断此波形为典型的裂纹波。该裂纹整体走向呈环向，长度达到115 mm，显示深度为26.4 mm。对该处筒体用测厚仪检测，显示筒体厚度为27.2 mm，可以判断该裂纹为筒体内壁的环向裂纹。

在承压设备中，裂纹为重大危害性缺陷，不允许存在，对发现的裂纹必须清除。裂纹清除时一般采用机械打磨方式，并用着色渗透方法检测，确认裂纹被完全清除。通过对泄漏点打磨、着色后，发现有清晰的裂纹缺陷显示，与超声检测情况基本吻合。

3 原因分析

原减温器换下后，对其内部进行了检查，发现喷水管在套筒截面处已完全断成两截（如图1 所示），喷水管上的喷嘴朝向下方的套筒定位螺栓。此外，还发现保护套筒横向上有明显的位移，喷水管侧用于固定套筒的上下两个定位螺栓的焊口处也全部开裂。

图1 原减温器内部状况示意图

对喷水管断裂位置观察发现，断裂位置并不在焊缝处而是位于焊缝上方约20 mm 直管处，与套筒内壁大致平齐。在邻近喷水管的套筒区域，可以看到多处明显的裂缝，且裂口缝隙较大，说明已经裂透。在裂缝区域还有明显的锈迹痕迹，说明该处还受到了减温水的长期作用。由于该区域与减温器筒体外壁泄漏位置一致，因此判断减温器筒体内壁裂纹的产生与套筒的开裂有直接关系。

从原减温器的喷嘴和下方定位螺栓断裂处可看出，喷水管喷嘴并没有朝向蒸汽流动方向，而是大致朝向下方的定位螺栓。在运行中减温水会直接从喷嘴中喷射到下方的定位螺栓。定位螺栓主要用于固定套筒，防止其在运行中产生移动，正常情况下是不容易产生开裂的。该减温器内下方的定位螺栓由于受到了减温水和高温蒸汽的共同作用，在冷热应力的长期循环作用下，出现了焊口开裂现象。在下方定位螺栓开裂后，整个套筒出现松动，导致上方的定位螺栓也渐渐开裂。2 个定位螺栓均开裂后，在高温蒸汽的强大冲击力下，套筒会沿着蒸汽方向产生位移与喷水管发生碰撞摩擦，在剪切力的不断作用下，喷水管在套筒处发生了横向断裂，减温水则直接从断裂处喷出，直接喷向套筒内壁，在冷热循环应力的不断作用下，套筒内壁逐渐开始产生裂纹，并不断向外发展，直至裂透。内部套筒产生裂缝后，减温水则又通过裂缝间隙渗入到筒体内壁，在热应力的长期作用下，在筒体内壁先产生裂纹，并逐步向筒体外壁发展，最终导致了此次泄漏事故。

4 结论及建议

a）此次泄漏事故的直接原因是减温器内部保护套筒开裂，使减温水可以通过开裂的缝隙影响到筒体内壁，在长期受到冷热循环作用后，筒体内壁开始萌生热疲劳裂纹，并逐渐从内向外发展，发展到一定程度后最终导致开裂泄漏。

b）导致减温器筒体内壁产生裂纹的根本原因是该减温器在最初制造时，喷水管的喷嘴方向未按图纸设计要求（应与蒸汽流动方向一致）安装而是朝向了另一侧下方安装。固定套筒下方的定位螺栓恰好在喷嘴减温水的喷射范围内，在减温水与高温蒸汽的长期冷热循环作用下，定位螺栓的焊口先产生开裂，使内部套筒松动，进而出现位移，并与喷水管碰撞摩擦，在剪切力的不断作用下，喷水管在套筒处最终横向断裂，使减温水可以直接从断裂处喷向套筒内壁，在热应力的不断作用下，套筒内壁开始产生裂纹不断向外发展直至破裂，最终诱发了筒体内壁裂纹的产生。

c）在今后的运行中，应根据《电站锅炉压力容器检验规程》规定，在条件允许时，应对减温器割管，检查喷水管有无损伤，用内窥镜检查内衬套、喷嘴有无裂纹、磨损、腐蚀等情况。另外，还应注意监视减温水流量，防止减温水过量，避免频繁投入减温水[17]，从而保证机组安全稳定运行。