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电站锅炉内部检验中几个重要问题研究

2024-10-17 172 上传者：管理员

摘要：内部检验对于保障电站锅炉的安全发挥了积极作用。通过对内部检验过程中常被忽视的硬度异常、垢量超标、堵阀缺陷等典型问题的归纳，并对这些问题的产生原因及存在隐患进行了分析，提出了发现并有效解决此类问题的建议，从而保障锅炉的安全稳定运行。

关键词：
内部检验
垢量
堵阀
电站锅炉
硬度异常
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我国能源结构以煤为主，火电在我国发电总装机中占比近60%,而在“双碳”目标的指引下，我国电力行业必须在保障电力安全的基础上加快推进火电“高效化、清洁化、减量化”发展。为了达到这一目标，实现电站锅炉的长周期安全稳定运行并积累相关经验是保障电力安全的重要内容。电站锅炉内部检验作为重要手段之一，对于及时发现锅炉部件的安全隐患，保障设备的安全稳定运行发挥了积极作用。内部检验是在锅炉停止运行情况下，通过宏观检查、厚度测量及无损、金相、硬度等检测手段发现锅炉主要部件可能产生的缺陷。然而锅炉内部检验通常结合机组检修进行，由于机组检修周期短、任务重，检验人员在锅炉检验过程中往往侧重于主要承压部件的损伤辨别手段，而忽视了硬度检测、垢样分析及堵阀表面检测等方法的重要性，造成检验项目缺失，有的甚至对项目异常结果缺乏正确分析判断，使设备存在安全隐患风险。

电站锅炉的系统安全与设备质量及运行管理息息相关，随着机组运行时间的增长，设备材料原始缺陷、制造缺陷不断发展，并伴随着高温长期运行条件下材料蠕变等问题的出现，给内部检验工作带来很多困难。

1、电站锅炉内部检验容易忽视的典型问题

1.1 硬度异常

硬度是材料抵抗更硬物体压入其表面的能力，即抵抗局部变形，包括塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度作为材料的重要性能，与材料强度、塑性等有着密切联系。通常，强度越高的材料抵抗塑性变形能力越高，硬度值也越高，反之亦然。在不损坏部件的前提下，硬度值测定法具有操作简单，能够间接反映材料强度，比较金属材料化学成分、金相组织和热处理工艺上的差异等特点，而被广泛应用于检验中。

对于电站锅炉集箱、管道等厚壁部件，硬度测定不仅针对母材，还涉及部件的连接焊缝。可以根据DL/T438《火力发电厂金属技术监督规程》规定的电站锅炉常用材料的母材及焊缝硬度范围，判定硬度测定材料的情况。以SA-335P91材料为例，母材合格硬度范围为180～250 HB,焊缝合格硬度范围为185～270 HB,在检验中通常会遇到两个方面的硬度异常问题。有的P91母材经测定硬度小于180 HB,材料硬度与其持久强度及寿命相关，当发现P91管件存在硬度偏低的情况时，需要对这些管件剩余寿命进行评估，以提出科学合理的检修周期或更换策略，做到既能够保障生产，又能够安全运行[1]。有的P91管件连接焊缝经测定硬度大于270 HB,焊缝硬度偏高可能会导致焊接接头的脆性增强、焊缝的韧性降低，从而使该部位在发生断裂前不会产生适当的变形，而是突然发生脆性断裂，影响锅炉安全运行。

1.2 垢量超标

在一定的温度和压力下，进入锅炉的给水由于蒸发而不断浓缩，当水中杂质的浓度大于其相应的溶解度时，会以不同形态的结晶形式析出，沉积在受热面上形成垢层[2]。杂质在水中的溶解度越小，越容易饱和析出，例如钙镁盐、氢氧化物，以及金属与水形成的氧化物等都极易在高温时析出。而受热面结垢不仅影响传热，还容易产生垢下腐蚀。

对于直流锅炉，给水质量对蒸汽品质也会产生影响。蒸汽中的杂质包括气体杂质和非气体杂质。气体杂质包括O2、N2、CO2、NH3等，若处理不当，可能引起金属腐蚀，且CO2还可参与沉淀过程。非气体杂质主要包括钠盐、硅酸等[2]。当蒸汽流经过热器时，蒸汽中的部分杂质将沉积在过热器管内，对蒸汽的流动及传热造成影响，导致管壁温度升高，管材蠕变速度加快甚至爆管。另外，蒸汽中的杂质还可能沉积在管道、阀门、汽轮机叶片上，如果沉积在管道的阀门处，会使阀门动作失灵；如果沉积在汽轮机叶片上，将使得叶片表面粗糙、叶型改变和通流截面减小，导致汽轮机效率和出力降低，轴向推力增大，严重时还会影响转子的平衡而造成更大事故[2]。汽水品质是影响锅炉、汽轮机等热力设备安全、经济运行的重要因素之一。

为了有效预防直流锅炉受热面上的结垢、积盐及腐蚀，其给水主要通过蒸汽轮机凝结水或者加少量补给水而形成。为了确保水的品质，除了补给水必须经过高度精制外，凝结水也亦必须经过除盐处理，并且还必须清除其中的铜和铁。国家标准规定的直流锅炉给水水质标准中，控制锅炉水质的指标有硬度、含钠量、含硅量、含铁量、含铜量、pH值等。

另外，为了保证锅炉管系内部的清洁，有的锅炉还须进行酸洗或定期冲洗。DL/T794《火力发电厂锅炉化学清洗导则》规定直流锅炉当水冷壁内的垢量达到200 g/m2以上时需进行化学清洗。

1.3 堵阀裂纹

电站锅炉范围内管道堵阀作为一种由堵板和导流套可互换的既可用于水压试验又可作为管道使用的双功能装置，广泛地应用于大型发电机组锅炉主蒸汽、再热蒸汽热段及冷段管道上。在我国已投用的亚临界及以上参数火电机组中，大部分锅炉均采用堵阀替代堵板进行水压试验，以提高锅炉水压试验的安全可靠性[3]。堵阀的典型结构型式如图1所示。

堵阀由于结构及经济性考虑常选用铸钢件，但在其制造过程中，常因为操作者未有效执行制造工艺而产生裂纹。裂纹的产生源于应力，应力是由于金属液在铸模内结晶过程中凝固收缩，导致表面的冷却速度高于内部，温度的差异产生较大的铸造应力，当应力超过一定的极限，便产生裂纹，且存在热裂纹和冷裂纹。热裂纹大约在1200～1400 ℃高温下产生于金属凝固过程中，裂纹沿晶扩展，呈很浅的网状龟裂裂纹[3]。冷裂纹产生于金属低温铸造成型后。低温状态下铸钢的塑性变差，在热应力和组织应力的共同作用下，裂纹呈现穿晶扩展，有一定深度的断续或连续线条。另外，管道高温段合金钢铸造堵阀还易出现砂眼、气孔、缩松、缩孔及夹杂物等各种缺陷，其主要原因是钢中合金元素的增多限制了钢液的流动，造成缺陷更易产生。

图1堵阀的典型结构型式

目前，堵阀未被列入国家市场监管总局《特种设备目录》,其制造许可、监督检验等环节均未按特种设备类型要求进行监管。堵阀的制造、检验工作主要参照JB/T3595《电站阀门一般要求》、GB/T12229《通用阀门碳素钢铸件技术条件》等标准进行。但是这些标准欠缺检验要求，在堵阀阀体制造中容易遗留缺陷，且缺少质量监督管理，难以保证堵阀制造质量。

投用后随着时效的变化，高温段堵阀内应力逐渐释放，在内部的高温、高压蒸汽的作用下，制造遗留缺陷可进一步扩展成裂纹。另外，机组在发生启停或运行负荷变化时，阀体由于内外表面存在的较大温差而产生温差应力，也会在工件截面突变部位产生新的应力集中。这些作用的叠加将扩大裂纹缺陷。

2、电站锅炉内部检验中问题发现的建议

(1) 在内部检验过程中，应按照《锅炉安全技术规程》的要求完成高温部件的硬度检测工作，具体的要求汇总详见表1。当遇到材料硬度异常时，须对异常部位进行金相组织检查，必要时辅助其他的检测手段，查明原因并进行处理。

(2) 由锅内结垢原因分析可知，在内部检验时需要重视割管检查的必要性，对水冷壁管及运行5万小时以上机组省煤器进口端管子应进行割管或内窥检查，及时发现管子内壁是否存在结垢、氧腐蚀情况。管子内壁如存在垢量超标或严重氧腐蚀问题，应采取化学清洗等措施进行处理，并重点监控锅炉给水水质。

表1电站锅炉高温部件硬度检测要求汇总表

(3) 由堵阀缺陷形成原因分析可知，若阀门制造质量未采取有效措施进行控制，且机组投运后缺少对阀体表面缺陷的检验或监控，随着运行时间延长，堵阀会面临失效甚至泄漏的风险。因而，为保证堵阀安全，须加强铸造堵阀出厂前的制造检验；须重视运行过程中保温工作和关注机组启停过程中温差变化；须重视内部检验中堵阀的针对性检验检测工作，特别是针对阀体表面的腐蚀、裂纹、泄漏及铸造缺陷等情况，采取必要的手段处理或监控堵阀缺陷。

3、总结

随着科学技术的发展，很多先进的检验检测方法及手段被推广应用于电站锅炉的内部检验工作中，对于设备缺陷的检出发挥了重要作用。在重视这些新技术应用的同时，也不应忽视传统检测方法的应用，特别是前面述及的三个方面问题的发现手段，简单却非常有效地保障了锅炉的安全稳定性。

参考文献:

[1]杨超,汤淳坡,龚宏强,等.低硬度P91管件的安全性评价及寿命预测[J].中国电力,2017,50:218.

[2]朱全利.锅炉设备系统及运行[M].北京:中国电力出版社,2010.

[3]张立峰,王义厢.电站锅炉铸钢堵阀缺陷分析[J].中国科技信息,2015,(11):49.

[4]TSG 11—2020.锅炉安全技术规程[S].

[5]DL/T438—2016.火力发电厂金属技术监督规程[S].

[6]JB/T3595—2002.电站阀门一般要求[S].

[7]GB/T12229—2005.通用阀门碳素钢铸件技术条件[S].

文章来源:于建明,赵加星.电站锅炉内部检验中几个重要问题研究[J].电站系统工程,2024,40(06):27-29.