电站锅炉安全阀管座歪斜原因分析及修复

于 洋

（中信锦州金属股份有限公司，辽宁锦州 121005）

0 引言

中信锦州金属股份有限公司有自备电站锅炉3 台，额定蒸发量均为75 t/h，过热蒸汽集箱出口压力5.3 MPa，锅筒工作压力5.69 MPa，过热蒸汽出口温度430 ℃。3 台锅炉承担各生产环节的供气、供热任务。每台电站锅炉设置4 个弹簧式安全阀，其中过热器2 个，型号A48SB-100 V，锅筒2 个，型号A48SB-160 V。

图1 歪斜的安全阀

1 问题

某日，设备点检人员例行巡检时，发现锅筒南侧安全阀及管座歪斜（图1），立即通知当班运行人员安排停炉。锅炉经降温、降压后，管座局部保温拆除（图2），现场查看后确认锅筒南侧安全阀连同管座向出口侧弯曲，弯曲点在管座的接管中间位置，角度约15°～20°。安全阀本体及连接部件无外力碰撞迹象，上部室外垂直排气管外观完好，未见下沉，出口引出管与室外排气管进口护罩脱离。

图2 管座

2 隐患

管座一旦破裂，会使炉内储存的大量能量瞬间释放，水及蒸气从破口处冲出，具有很高的速度，形成强烈冲击波，与空气或零部件接触后，产生强大的反作用力，不仅设备本身遭到损坏，还会破坏周围建筑物和其他设备，甚至造成人员伤亡。

3 管座接管参数

管座接管材料20#钢，规格Φ57×5 mm，长120 mm，一端凹焊于锅筒，另一端与高压法兰焊接，锅炉安装运行以来未进行过更换，上部安装的安全阀重约80 kg。

4 检测情况

对管座接管进行割除、轴向剖切，检测情况如下：

（1）接管外表面存在较均匀的锈蚀坑，深度约0.3～0.5 mm，内表面较光滑，无肉眼可见腐蚀，内弯曲部位氧化膜脱落，呈现铁黑色，见图3、图4。

（2）用测厚仪检测接管壁厚最小值为4 mm，设计值为5 mm，经核算壁厚满足承压要求。

图3 管座接管外表面

图4 管座接管纵向剖面

（3）委托检验部门对接管进行金属金相组织检验，结果无异常。

5 原因分析

（1）接管纵向剖切图显示，切点处一边壁厚与另一边壁厚值有约1 mm 的差异，证明该管段壁厚不均匀，疑为制造缺陷。

（2）管座已连续使用30 年，锅筒最大工作压力5.69 MPa，温度430 ℃，在此工况下，接管长期反复拉伸，屈服强度有所降低。

（3）事件之前，管座存在轻微歪斜，疑为锅炉制造、安装，或后期运行过程中外力所致，未引起重视。根据三角函数关系，其上部安装的安全阀和出口排气管重力会产生使管座弯曲的分力，锅炉运行时接管在较低强度下，分力使其歪斜。

6 管座修复

管座接管与锅筒焊接，锅筒是锅炉重要承压部件，材料为合金钢，如处理不当焊缝极易产生裂纹，运行时爆裂，形成更大隐患。另外，锅炉属于特种设备，国家对其检维修环节有严格要求。根据规定，A 级锅炉重大修理其中一项，指锅筒、启动（汽水）分离器、减温器和集中下降管的更换以及主焊缝的补焊。锅筒主焊缝包括纵向、环向和拼接焊缝，因此，更换管座应不在重大维修范围之内，委托资质单位施工即可[1-2]。

修复方案主要要求[3-6]：

（1）修复人员包括焊接技术人员、焊工、焊接热处理人员和检验人员，施工前做好技术交底。

（2）锅筒材料为BHW35，管座接管材料为20#钢，焊材牌号选用J506，手工电弧焊，多道焊接。

（3）采用机械打磨的方式清除锅筒焊缝周边毛刺、油污，修磨坡口。

（4）定位新管座，结构形式见图5。

（5）锅筒采用火焰局部预热，预热温度150～200 ℃，用红外测温枪监控，预热宽度不低于锅筒厚度3 倍的范围。

（6）焊条烘干处理，每道焊完后及时清理焊渣。

图5 接管与锅筒焊接形式

（7）焊后宏观检查无问题进行热处理，采用火焰缓慢均匀加热，温度600～650 ℃，外表面用硅酸铝毡覆盖保温，自然降温。

（8）焊缝做渗透和超声波检验。

7 后续进展

管座修复合格后，锅炉安排正常运行，一段时间后，该管座再次发生歪斜，情况与第一次一致，初次原因分析结论被推翻。商讨后决定做进一步扩大检查。期间，检查安全阀室外排气管时，发现厂房屋顶部处起至末端，有一段长约5 m 的管段直径小于底部管直径，存在异常。查阅图纸核对，室外排气管设计值为Φ133 mm，底部到顶部尺寸一致，而现场室外因锈蚀更新的末端管被替换成Φ108 mm（图6）。根据相关规定，安全阀流道面积应能通过所需要的最大排放量，出口排放面积必须≥进口面积，且出口面积达到足够要求，防止排放背压影响安全阀性能[7]。现场室外Φ108 排气管不符合原始设计和规程要求，流道面积可能不足，使排气在引出管顶部阻力显著增大，流通不畅，排气背压可能反作用在安全阀出口的小排气管罩口上部，产生向下的推力，在力臂作用下，足以使根部管座弯曲变形，这应该是管座歪斜的主要原因，后经确认，事件之前安全阀出现过起跳现象。

二次原因判定后，对弯曲管座进行了矫正弯直，评估没有其他影响安全的损伤，将末端Φ108 mm 管段更换为Φ133 mm，目测检查引出管内部无异物卡塞，锅炉安排正常运行。通过半年时间运行观察，期间也发生过安全阀起跳，管座状态正常。

图6 安全阀排气群引出管

8 结论

（1）扎实做好设备日常巡检工作，出现问题能够及时发现。

（2）加强运行、维修人员理论知识和安全意识培训，按设计和规范要求进行检维修工作，避免盲目操作，随意改变部件参数和材料替代，埋藏隐患，注重事后验收。

（3）问题分析应系统，不能局限于单个部件，与其关联的因素都要考虑，再逐一排查、判断，为结论提供有力支撑。