超（超）临界电站锅炉外部检验分析

2024-05-16于建明

中国特种设备安全 2024年4期

于建明

（中国特种设备检测研究院北京 100029）

随着中国经济的快速发展和全社会用电量的快速增长,中国电网规模、电源总装机容量和发电量均居世界首位。根据中国电力企业联合会《中国电力行业年度发展报告2023》数据,截至2022 年底,全国装机容量已达2.56×109kW,其中燃煤火电机组容量超过1.12×109kW,占总装机容量的43.8%。目前,大多数燃煤火电机组采用超临界和超超临界锅炉。

在“双碳”目标的指引下,中国电力工业必须在确保电力安全的基础上,加快发展火电“高效、清洁、减排”。为了实现这一目标,不仅需要逐步关闭不符合要求的落后机组,还需要采取优化措施,促进超（超）临界机组的超低排放、节能、环保和灵活运行,以满足新能源消费的需要。

1 外部检验的重要性和必要性

在火力发电厂中,锅炉机组运行的状态决定着整个电厂运行的安全性和经济性[1]。电站锅炉使用管理水平的高低和使用状况的优劣,决定了电站锅炉的运行状况。《中华人民共和国特种设备安全法》《特种设备安全监察条例》、TSG 11—2020《锅炉安全技术规程》、TSG 08—2017《特种设备使用管理规则》中均提出了锅炉使用管理的要求,其主要内容包括使用登记、人员配备机构设置、管理制度的建立和落实、技术档案、检修维护保养及检验方面的要求[2]。外部检验作为锅炉定期检验的重要组成部分,是锅炉运行状态下检查技术、设备以及运行管理水平的有效措施。

超（超）临界电站锅炉运行参数高、结构复杂,对其使用和管理水平提出了较高的要求。特别是当机组频繁启停或深度调峰时,将出现大量锅炉安全问题,如受热面壁温安全、水动力安全、低负荷运行时的稳定燃烧等,给锅炉运行管理人员带来挑战。

在外部检验工作中,检验人员通过资料核查、现场检查等手段发现管理体系和设备运行中存在的问题,及时将问题反馈给电厂并分析原因,督促这些问题的妥善解决,可以有效避免危及锅炉安全运行的风险。

2 外部检验的具体项目归类

依据TSG 11—2020 的要求,并参考TSG 08—2017,电站锅炉外部检验工作具体项目可分类归纳为以下10 个类别,见表1[3,4]。

表1 外部检验具体项目列表

3 外部检验中问题发生概率统计

本文是在收集汇总了600 余台超（超）临界电站锅炉外部检验结果的基础上对发生问题进行分类统计的结果。这些锅炉机组包含350 MW、600 MW、660 MW 及1 000 MW 等级别容量,涵盖了目前国内普遍采用的大型锅炉制造厂生产的超（超）临界机组锅炉型式。按照检验项目类别,各检验项目问题发生概率情况如图1 ～图10 所示。

图1 设计制造相关资料问题发生概率

图2 使用管理制度问题发生概率

图3 人员持证情况问题发生概率

图4 锅炉操作空间和承重装置问题发生概率

图5 管道、阀门、支吊架问题发生概率

图6 炉墙、保温、膨胀系统问题发生概率

图7 安全阀问题发生概率

图8 压力测量装置问题发生概率

图9 温度测量装置问题发生概率

图10 其他问题发生概率

经统计可以发现,这600 余台超（超）临界电站锅炉在运行管理和使用状况方面或多或少地存在一些问题,外部检验工作确保了这些问题的及时发现。另外,相对发生概率高的问题,有些问题几乎不会发生,比如锅炉膨胀中心均满足固定要求。

按照检验项目问题发生概率的高低进行分类统计,将其分为2 个等级,即A 类项目（问题发生概率高于20%）、B 类项目（问题发生概率低于20%）。A 类项目按问题发生概率大小排序如图11 所示。

图11 A 类项目问题发生概率

A 类项目按问题发生概率从大到小排列如下：

1）保温；2）支吊架；3）仪表定期校验和试验记录、报告；4）压力表装设部位、精确度、量程、表盘直径；5）膨胀指示器；6）安全管理人员；7）吹灰器；8）阀门有无泄漏；9）压力测量装置校验标识；10）安全阀安装、数量、型式、规格；11）安全阀校验标识；12）水处理作业人员；13）压力表刻度盘及红线标示；14）安全阀定期排放试验记录；15）安全阀排气、疏水管；16）膨胀机构组件；17）安全阀有无解列、泄漏；18）楼梯、平台、栏杆、护板；19）防火、防雷、防风、防雨、防冻、防腐设施；20）联锁保护投退记录及审批手续；21）炉墙和炉顶。

B 类项目为除以上21 条外的其他检验项目。

下面以图11 中发生概率较大的保温和支吊架问题重点说明。锅炉保温主要包括覆盖水冷壁、包墙过热器等受热面,炉顶大罩壳及连接管道等部位的隔热层。这些隔热层对保证锅炉运行参数起到了至关重要的作用,并能有效减少锅炉热损失,提高热效率。电站锅炉保温材料的破损、缺失一直是容易被忽视的问题,尤其是一些主蒸汽管道、再热热段管道等高温部件发生以上问题时,往往伴随着冷空气、雨雪水等低温介质渗入保温层与高温部件接触,导致热疲劳损伤的发生,严重时将危及锅炉的安全。目前,在外部检验过程中可通过手持式测温仪方便有效地判断保温损坏情况。在条件允许时,红外热像仪作为辅助手段能够帮助检验人员快速定位保温损坏问题并判断问题的严重程度。锅炉支吊架特别是管道支吊架作为管道系统的重要组成部分,其性能直接决定了管道及锅炉设备的安全可靠性。超（超）临界电站锅炉管道系统复杂,支吊架数量及种类不断增加,各支吊架制造工艺及承载情况的好坏严重影响管道的正常运行。例如支吊架吊杆冷/热态偏斜角度超标、阻尼器阻碍管道膨胀、恒力吊架位移指针或转动机构卡死、弹力吊杆超载或欠载等问题一旦发生,轻者导致管道膨胀受阻,重者将破坏整个管道系统的受力状况,进而危及管道连接设备的安全运行。支吊架问题通过专业冷热态检查及调整,往往能够得到有效解决。

4 外部检验的建议

目前,锅炉外部检验方案一般根据TSG 11—2020中电站锅炉相关要求编制,结合表1 所列检验项目可以为现场工作指明方向,但涉及的具体检验项目较多,且检验周期短,检验单位很难像内部检验一样投入大量专业人员到现场,从而影响了问题的检出率和检验工作的质量。由于超（超）临界电站锅炉在锅炉结构和运行管理模式上有其自身的特点,检验人员根据锅炉的实际运行情况抓住重点投入力量尤为重要,即不仅要注意问题的检出率,还要强调时效性。

通过以上对超（超）临界电站锅炉外部检验中发现问题的统计分析,可以看出,对于A 类项目,在编制计划时应突出重点,扩大范围,并在检验过程中投入相对较多的检验力量；对于B 类项目,在满足TSG 11—2020 的条件下,可根据锅炉运行情况适当减少检验力量的投入。对于问题发生概率较高的项目,应加大检查力度的投入；否则,应该尽量减少检验力量的投入,有助于提高检验效率和质量[5]。

然而应注意的是,问题发生的概率并不代表锅炉外部检验的投入比例。因为一些重大问题,如锅炉安全保护装置问题,由于用户重视原因所占比例不高,但对锅炉安全有重大影响。在现场外部检验过程中,与用户充分沟通、了解设备的情况、综合判断,以避免漏检,确保锅炉安全运行。