锅炉金属承压部件失效分析及对策

锅炉金属承压部件失效分析及对策

孙齐

芜湖市特种设备监督检验中心

摘要：锅炉是火力发电机组三大主机之一，是机组可靠运行的重要因素。据统计，我国火力发电厂非计划停运事故中，有50%的原因是因为锅炉事故，在锅炉事故中又以水冷壁、过热器、炉外管、再热器等金属承压部件失效事故最为常见，约占电厂事故总次数的1/3。所以如何做好锅炉金属承压部件的防泄漏工作，是专业人员首要考虑的问题。

关键词：锅炉；金属承压部件；失效分析；对策

1电站锅炉的承压部件

保证电站锅炉质量最重要的部分是承压部件，因此应严格控制承压部件的质量。因此，我们需要知道什么是承压部件，以便对这些部件进行有针对性的控制。电站锅炉承压部件主要分为锅炉内承压部件和锅炉外承压部件两类。锅炉内部包括省煤器、过热器、再热器等，锅炉外部包括汽包、集箱、接管等。上述部件的安装质量控制是关系到电站锅炉质量的重要环节。因此，为了保证压力件的质量，我们必须首先对能够制造压力件的制造商进行资格检查。如果没有制造资质，将制造质量不合格的承压件，这将影响电站锅炉的正常运行。因此，首先，我们需要了解电站锅炉承压部件允许制造的相关要求。

2金属承压部件失效状况

根据某发电集团近5年运行的金属承压部件失效情况，表明每年都有超过20起金属失效事故发生，事故次数总体呈下降趋势。

从金属失效部位和金属失效原因两方面做进一步统计，根据数据可知5年发生失效的部件依次为：水冷壁、过热器、炉外管、再热器、省煤器及余热锅炉。前4种部件失效次数占总失效的93.1%，其中以水冷壁失效次数最多，占30.8%。省煤器与余热锅炉的次数相对较少，仅占2.3%～4.6%。根据失效频率需对易发生事故的金属部件进行重点监督和加强停机检查。

对金属失效原因进行分别统计分析，表明拉裂泄漏、过热爆管和焊接质量是引起金属失效的主要原因，占总失效次数的73.8%。疲劳、腐蚀、磨损、吹损、母材质量、冲刷、机械损伤等原因引起的金属失效也时常发生。

3金属承压部件失效分析及对策

3.1拉裂失效原因及应对措施

3.1.1拉裂失效原因及分析

拉伸裂纹泄漏是金属失效的常见缺陷。除2017年12次拉裂缝泄漏外，其他年份拉裂缝泄漏基本维持在6~8次。张力裂纹泄漏的主要原因有三个：（1）由于机组频繁启停和负荷反复增减，承压部件承受交变应力，导致局部高应力区或缺陷部位产生裂纹源，然后在运行中扩展，导致承压部件出现故障。这种类型是目前产生拉伸裂纹的主要原因；（2）由于安装和设计问题，膨胀被堵塞和破裂，这主要发生在新机组上。机组运行一段时间后，问题会进一步出现和爆发，尤其是2017年和2018年；（3）由于支架堵塞，炉外管道系统不够灵活，导致拉伸开裂。这种情况每年发生一到两次。

3.1.2拉伸裂纹失效对策

（1）重视高应力部位、膨胀间隙、炉外管子的调查和帐务施工，加强调查力度和效果。（2）加强同类结构的维护检查，合理安排水压试验检漏。

3.2过热故障原因及对策

3.2.1过热故障原因及分析

过热爆管是金属失效的三大原因之一，可分为六类：材料老化、管内异物堵塞、设计安装不合理、堵塞原因不明、氧化皮集中积聚、操作不当、堵水。数据显示，过热故障呈逐年下降趋势，2019年和2020年仅有两台，主要原因是氧化皮的防治和材料的升级改造。

燃烧调整不当导致管壁过热、材料老化、爆管共9次；部分机组异物堵塞、爆管是基建、检修期间异物预防管理不善造成的，共8台；原设计、安装不合理，造成5处爆管；2套因氧化皮积聚和操作不当造成水塞而导致的过热爆管；同时，也有由于预防措施不完善而导致缺陷复发的情况。

3.2.2过热故障的对策

（1）加强机组燃烧调整，确保正常运行和变负荷工况下受热面不过热。（2）加强设备清洁管理，合理安排联箱内部检查，在易堵塞的管道上安装壁温测点。（3）加强启停过程中温升和温降速率的控制和运行控制；重点介绍启动初期减温水的运行情况。（4）进一步评估材料，必要时进行更换，如材料升级和结构修改。（5）加强对检修氧化皮堆积的检查，确保每次停车时必须检查；定期清理管道内壁的氧化皮。

3.3焊缝失效原因及应对措施

3.3.1焊缝失效原因及分析

焊接缺陷和焊接质量问题也是金属失效的主要原因。2019年发生9台金属故障，其他年份基本维持在4~6台。焊缝失效类型主要分为四类：（1）由于所附焊件的角焊缝存在缺陷，在运行过程中会扩展到主管泄漏。这种类型主要发生在水冷壁翅片的角焊缝中；（2）承压件焊接质量不合格造成的泄漏，主要是基建期间焊接工艺不严，剩余缺陷在运行中会扩大，导致泄漏；（3）它是由异种钢节点的早期失效引起的，这在目前的高参数机组中是难以避免的，并且每年都有此类节点的失效事件；（4）NDT中由于定位困难和盲区导致的焊缝质量问题导致的泄漏。这样的问题偶尔会发生。

3.3.2焊缝失效的对策

（1）在高参数机组中使用异种钢接头是不可避免的，因此有必要加强锅炉检查和抽查，以及对炉外管道的调查。（2）基本建设遗留的缺陷数量多、范围广。如果条件允许，加强锅炉的液压检漏。（3）炉管更换或改造要严格按照焊接工艺要求进行，加强施工质量和工艺监督，做好焊后检查和检验工作。

3.4其他故障原因及对策

3.4.1其他故障原因及分析

除上述三大金属失效原因外，疲劳、腐蚀、吹损、母材质量、冲刷、磨损、机械损伤等类型的缺陷也时有发生。根据故障类型统计，设备疲劳引起的故障最多，是12倍；二是腐蚀、磨损和吹气损失引起的失效，分别发生6次、5次和4次；吹扫和冲刷造成的失效和母材质量缺陷分别发生3次；机械损坏导致的故障数量最少，只有一个。

从金属失效的来源分析，设计、安装和运行方式不匹配引起的疲劳和冲刷失效占10倍，数量最多；其次，由于吹灰器操作、维护和管理不当导致的金属疲劳和吹灰故障占9倍；设备维护和备件存放不当，导致金属腐蚀、磨损和失效，占9倍；母材缺陷和煤炭变化引起的异常磨损和机械损伤也不时发生。

3.4.2其他故障对策

（1）加强对吹灰器表面加热、维护保养。（2）加强基建改造后备品备件的储存和保质期管理。严格设备入库验收，安装维修后检查；加强施工过程管理。（3）加强锅炉检查，检查减温器喷嘴和水冷管，合理设置壁温测点进行监测。（4）加强锅炉检查，及时消除缺陷。（5）对水冷壁冷灰斗进行耐磨浇注料处理。

3.5强化锅炉的安装安全质量的监检

检查锅炉安装人员的质量管理体系是否完善、有效实施；检查锅炉安装人员的产品到货验收记录和签证；锅炉安装前，应检查产品各项技术文件是否齐全有效，严禁使用技术文件不全或不合法的锅炉；大型电站散装锅炉安装前，应按规定对承压部件的质量证明书进行检查确认；在对锅炉的一次和二次蒸汽系统进行水压试验之前，制造商应提供产品质量证书；锅炉产品变更报告应与质量证明书一起提交给用户；对于以分包协议形式完成的a级锅炉部件和施工方采购的管道部件，确认相应制造商是否具有特种设备制造许可证资格，并在制造过程中进行当地特种设备检验机构授权的法律监督检查。

结论

锅炉金属承压部件泄漏主要由拉裂失效、金属过热失效和焊缝缺陷这三大原因造成的。拉裂失效主要由机组长期调峰运行、安装与设计问题引起的膨胀和炉外管的支架卡涩等原因产生；过热失效主要由材质老化、管内异物堵塞、设计安装不合理、堵塞原因不明、氧化皮集中堆积及运行操作不当水塞等原因造成；焊缝缺陷主要归结于附焊件角焊缝存在缺陷、焊缝质量不合格、使用异种钢接头和检修焊缝质量存在检查盲区等原因。针对这些原因都提出了相关的应对措施。

参考文献：

[1]周文凯.电站锅炉安装中对承压部件的质量控制[J].建材与装饰，2018（22）：315.

[2]林涛.浅析电站锅炉安装中对承压部件的质量控制[J].科技展望，2019（12）：229.