电站锅炉改造和重大修理监督检验中应注意的问题
封 俊，杨晓勇，杜新宏，杨国祥
(云南省特种设备安全检测研究院，云南 昆明 650228)
电站锅炉的改造和重大修理是特种设备安全监管的重要环节之一。《锅炉安全技术规程》TSG11-2020规定了锅炉改造和重大修理监督检验的内容和要求。国家有关监管部门根据锅炉的使用情况，也时时发布有关行政规章，进一步完善锅炉改造和重大修理工作。本文通过梳理和总结，对电站锅炉改造和重大修理监督检验中应注意的一些问题进行了探讨，供大家参考[1]。
《特种设备生产和充装单位许可规则》TSG07-2019规定：锅炉改造和重大修理，由取得相应级别资格的锅炉安装单位或制造单位进行，不单独进行许可[2]。
监督检验是在受检单位自检合格的基础上，由国家市场监督管理总局核准的具有相应资质的检验检测机构按照《锅炉安全技术规程》的要求进行的符合性监督抽查，一是抽查涉及安全性能项目的质量是否符合《锅炉安全技术规程》的基本安全要求，二是抽查受检单位涉及安全性能的各环节的控制是否符合质量管理体系的要求。《锅炉安全技术规程》对锅炉改造和重大修理的定义、范围和要求做出了明确的规定。
2.1 锅炉改造
锅炉改造是指锅炉本体受压元(部)件或者燃烧方式发生改变的行为。通俗讲，增加或减少锅炉受热面或改动受压部件，就是改造；
燃烧方式发生变化(如层状燃烧改变为室燃等)，也为改造。如果锅炉使用的燃料发生改变，燃烧方式没改变，不属于改造。
2.2 重大修理
1)A级锅炉(额定工作压力≥3.8 MPa)重大修理的情形：①更换集中下降管、减温器、锅筒和启动(汽水)分离器及补焊其主焊缝(纵向、环向)；
②整组受热面更换，数量>50%；
③更换集箱、管道和管件，其外径>273 mm；
④补焊大板梁主焊缝；
⑤更换液(气)体燃料燃烧器。
2)B级及以下锅炉(额定工作压力<3.8 MPa)重大修理的情形：①更换、挖补筒体、封头、管板和集箱等主要受压元件的；
②受热面管子更换数量>10%的(分类为水冷壁、对流管束、过热器、省煤器等)，且≥10根；
③直流锅炉整组受热面更换；
④更换液(气)体燃料燃烧器。
2.3 标准
电站锅炉改造和重大修理质量控制按《锅炉安全技术规程》《电力建设施工技术规范第2部分：锅炉机组》DL5190.2-2019、《电力建设施工技术规范第5部分：管道及系统》DL5190.5-2019、《火力发电厂焊接技术规程》DL/T869-2012和《火力发电厂焊接热处理技术规程》DL/T819-2019等国家标准、行政规章、安全技术规范和行业标准进行[3]。
3.1 改造和重大修理的技术要求
取得相应级别资格的锅炉安装单位或制造单位一般都建立了相应的质量保证体系和工艺文件体系，但每台锅炉改造和重大修理的情况不一样，项目各不相同，因此，还要根据有关规定和现场情况制定相应的技术方案。
锅炉改造和重大维修技术方案由监督检验机构按《锅炉安全技术规程》的要求审查；
更换的承压部件，其设计文件需经鉴定，制造单位应持有相应锅炉(部件)制造许可证，并经监督检验；
现场弯管由具有相应资格的锅炉维修改造单位进行。
改造设计及技术要求：1)改造设计工作由有相应资质的锅炉制造单位进行；
2)不得提高锅炉的额定工作压力；
3)方案中应有必要的计算资料、设计图样和施工技术方案等，必要时校核安全附件、辅助装置和水处理措施等。
修理技术要求：1)修理更换的受压元件不得低于原设计要求；
2)不得带压或锅水温度较高时修理；
3)锅筒挖补和补焊前，进行焊接工艺评定，补板形状应规则；
4)不得用贴补的方法修理；
5)应力腐蚀、蠕变、疲劳缺陷，修理时用更换或挖补的方法；
6)修理热处理的受压元件时，焊接后参照原热处理工艺进行热处理。
3.2 焊接质量的控制
焊接质量的控制是保证锅炉改造修理质量的主要环节，关系到锅炉的安全运行。常见问题有：未编制焊接工程一览表或一览表中检验检测项目或比例不符合要求。
焊接工程一览表由施工单位焊接技术员根据锅炉修理改造图纸、施工方案进行编制。一览表是施工单位编制工艺文件、准备工装设备和检验检测仪器的主要参考依据之一，也是进行焊缝定位和溯源的主要资料。焊接工程一览表一般包括下列内容：部件名称、材料牌号(包括材料执行标准)、材料规格、焊缝数量、受压元件焊接方式、热处理、无损检测方法及比例(包括无损探伤焊缝抽查数量)、理化检测项目(光谱检测、硬度检测、金相检验等)及比例，该表是动态变化的，要进行跟踪，直到焊接和检验检测工作结束。
3.3 受热面管子的改造修理质量
水冷壁、对流管束、过热器、再热器、省煤器等受热面管子的改造修理工作占电站锅炉改造修理项目的90%以上，其质量问题常出现在错口值(错边量)和对口偏折度(直线度)不符合规定，其次管排平整度、管子间距控制不好也会影响修理改造质量。
《电力建设施工技术规范第2部分：锅炉机组》规定：1)管子错口值(错边量)应≤10%壁厚，且≤1 mm。2)管子对口偏折度(直线度)应≤1 mm。3)受热面管子组合件管排平整度、管子间距的允许偏差：①水冷壁、包墙管过热器组合件的平整度允许偏差：光管 5 mm，鳍片管 5 mm；
②过热器、再热器组件的允许偏差：管排平整度应≤20 mm，管排间距5 mm，边缘管与外墙间距 5 mm；
③省煤器组件的允许偏差：组件宽度和边缘管与外墙间距 5 mm；
④顶棚管过热器管的平整度允许偏差为 10 mm，管子间距应均匀。
《火力发电厂焊接技术规程》规定：1)管子错口值(错边量)应≤10%壁厚，且≤1 mm；
2)焊接角变形：管径D<100 mm，应≤2 mm。
《锅炉安全技术规程》规定：1)受热面管子外径DW<159 mm 时，管子(异种钢除外)相邻焊缝中心间距应≥管子2DW；
2)管子焊缝中心距锅筒、集箱外壁、管子弯曲起点、支吊架边缘应≥50 mm，A级锅炉应≥70 mm(异种钢除外)。
3.4 电站锅炉范围内的管道修理改造质量
电站锅炉范围内的管道及流量计(壳体)、减温减压组合装置、工厂化预制管段等组合装置应经制造监督检验合格；
管件按锅炉部件出厂，应经监督检验合格；
管件按压力管道元件出厂，应实施型式试验；
钢管、阀门、补偿器等压力管道元件应实施型式试验；
锅炉制造单位设计的电站锅炉范围内管道，设计文件应进行鉴定；
由具有相应级别压力管道设计资质单位设计时，要有火力发电厂汽水管道设计经历。常见问题：1)设计文件未鉴定；
2)流量计(壳体)、减温减压组合装置无监督检验证书；
3)理化检测项目(光谱检测、硬度检测、金相检验)比例不够等。
《电力建设施工技术规范第5部分：管道及系统》规定：1)管道错口值(错边量)：单面焊应≤10%壁厚，且≤1 mm；
双面焊应≤10%焊件厚度，且≤3 mm，2)焊接角变形折口允许偏差：管道DN<100时，2 mm；
管道DN>100时，3 mm。3)管道焊缝位置：①焊缝中心距离弯管起点应≥管道DW，且应≥100 mm(定型管除外)；
②管道DN≤500，相邻焊缝中心间距应>管道直径D，且应≥150 mm；
管道DN>500，相邻焊缝中心间距应≥500 mm；
③管道焊缝中心距支吊架边缘应>50 mm；
管道热处理焊缝中心距支吊架边缘应>100 mm。
《火力发电厂焊接技术规程》规定：1)管道错口值(错边量)应≤10%壁厚，且≤4 mm；
2)焊接角变形：a)管径D<100 mm，应≤2 mm；
b)管径D≥100 mm，应≤3 mm。
《锅炉安全技术规程》规定管道直段相邻焊缝中心间距L：1)管道DW<159 mm 时，L≥2DW。2)管道DW≥159 mm 时，L≥300 mm；
结构不能满足时，焊缝热影响区不应重合，且L≥50 mm。3)管道焊缝中心距锅筒、集箱外壁、支吊架边缘应>100 mm。
3.5 无损探伤
无损探伤是锅炉改造和重大修理质量和锅炉安全运行的重要检测方法；
常见问题有：无损探伤比例不够。
外径DW>159 mm 或者壁厚≥20 mm 的集箱、管道和其他管件的环向对接焊缝应进行100%射线或超声检测；
管子或管道与无直段弯头的对接焊缝应进行100%射线或超声检测。
外径DW≤159 mm 的集箱、管道、管子环向对接焊缝(受热面管子接触焊除外):1)A级锅炉(压力≥3.8 MPa)：工作压力≥9.8 MPa，应进行100%射线或超声检测(施工工地：接头数的50%)；
工作压力<9.8MPa，应进行50%射线或超声检测(施工工地，接头数的25%)。2)B级锅炉(压力<3.8MPa)：应进行10%射线检测。
A级锅炉锅筒、集箱上，外径DW>108 mm 的全焊透角焊缝，应进行100%超声检测；
其它管接头的角焊缝应进行表面检测，比例应≥20%其接头数。
受压元件焊缝挖补修理应进行100%无损检测；
堆焊修理，应进行表面无损检测，同时还应符合《火力发电厂锅炉汽包焊接修复技术导则》DL/T 734的有关技术规定；
高合金钢受压元件的改造和重大修理，必要时还应进行无损探伤抽查。
外购件：1)合金钢主蒸汽管、再热蒸汽管和导入蒸汽管按同规格根数的20%进行超声波检测；
2)合金钢弯头和弯管外弧面按同规格抽取数量的10%进行无损检测；
3)合金钢三通以及变径管按10%进行表面无损检测和超声波检测，同规格≥1件；
4)工作温度>400 ℃，且规格≥M32的螺栓逐根进行超声波检测；
5)工作温度≥400 ℃ 同规格合金钢阀门壳按20%进行无损检测，同规格≥1件。
3.6 热处理
焊后热处理是保证焊接质量的工艺之一。确定热处理的范围，做到有的放矢，既保证焊接质量，又减少不必要的工作量。热处理在受压元件焊接工作全部结束经检验合格后进行。
热处理的范围：1)壁厚>30 mm 的碳素钢管道、管件的对接焊缝；
2)其他经焊接工艺评定需进行焊后热处理的焊件；
3)冷、热成形变形区材料性能发生变化以及使用条件等因素需要热处理的；
4)异种钢焊接焊缝的焊后热处理按照《火力发电厂异种钢焊接技术规程》DL/T 752-2010的规定执行；
5)奥氏体不锈钢管，采用奥氏体焊接材料，其焊接焊缝不宜进行焊后热处理；
6)耐热钢管、管件和壁厚>20 mm 的普通低合金钢管道。具备下列条件不需焊后热处理(焊接用氩弧焊或低氢型焊条，焊前预热及焊后适当缓慢冷却)：a)壁厚≤10 mm 或管径≤108 mm，15 CrMo的管子；
b)壁厚≤8 mm 或管径≤108 mm，12Cr1MoV、12Cr2Mo的管子；
c)壁厚≤6 mm 或管径≤63 mm，12Cr2MoWVTiB的管子；
d)壁厚≤8 mm，07Cr2MoW2VNbB的管子。
热处理后不应在受压元件上焊接其它元件，若不能避免时，同时满足下列条件下可不再热处理：1)元件为碳锰钢或碳素钢；
2)角焊缝的计算厚度应≤10 mm；
3)用评定合格的焊接工艺；
4)角焊缝做100%表面探伤且合格。
3.7 合金钢理化检测
电站锅炉特别是大型电站锅炉使用的材料大部分是合金钢，国家有关规程和标准规定了合金钢材料及其焊材在施焊前和施焊后要进行光谱检测分析，合金钢外购件及其热处理后应做硬度检测；
常见问题有：1)光谱分析、硬度检测比例不够；
2)光谱分析、硬度检测报告中没有定位具体的检测焊口位置(或编号)；
3)硬度检测只检测了焊缝硬度值，未检测焊缝两侧热影响区和母材的硬度值。
《电力建设施工技术规范第2部分：锅炉机组》规定：合金钢材料应符合锅炉技术文件的要求，组装前应进行光谱分析，在明显部位做出标识，改造修理结束后应核对标识。
《火力发电厂焊接技术规程》规定：耐热钢部件焊后应对焊缝进行光谱分析复检。复检比例如下：1)受热面管子焊缝应≥10%，不符时，应对该批焊缝进行100%复查；
2)其他管子及管道的I类焊缝应进行100%复查。监督检验光谱分析抽查时，应当包括焊缝及两侧合金钢材质[4]。
《火力发电厂焊接技术规程》规定：A级锅炉热处理后的焊接接头应硬度检测，易出现热处理异常的高合金钢应针对每种材料和其焊接接头(受热面管子除外)进行硬度抽查，抽查部位包括焊缝、焊缝两侧热影响区和母材，抽查比例应≥10%。
《电力建设施工技术规范第5部分：管道及系统》规定了合金钢管及其组成件到货的检验要求：1)合金钢管组成件及其支吊架应逐件光谱复查，并做标记。2)合金钢主蒸汽管、再热蒸汽管和导入蒸汽管：a)同规格抽取30%进行硬度检测，每种规格至少抽查1根；
b)同规格抽取10%进行金相组织检验，每炉批次至少抽查1根。3)合金钢管件(弯头和弯管及锻制、热压、焊制三通以及变径管)：a)逐件光谱检查；
b)硬度检验；
c)同规格抽取数量的10%进行金相组织检验，同一规格≥1件。4)合金钢垫片应做光谱检验。5)紧固件：a)工作温度>400 ℃，且规格≥M32的螺栓、螺母逐根进行硬度检测，合金钢螺栓、螺母逐根光谱检验；
b)工作温度>400 ℃，且规格>M32的螺栓应进行金相组织抽查，每种材料、规格的螺栓抽检数量≥1件；
c)垫圈应做光谱检验，硬度检测参照a。6)阀门：合金钢阀门壳体应逐件进行光谱检验；
低合金钢按数量的10%进行硬度检测，10%Cr钢制壳体按数量的50%进行硬度检测。
3.8 水压试验
锅炉受压元件经改造或重大修理后应当进行外观检验、通球试验、无损检测、热处理、理化检测(光谱分析、硬度检测、金相检验)，必要时还应当进行水(耐)压试验，试验用水质应符合相关行业标准要求，水压试验合格标准应符合《锅炉安全技术规程》和相关技术标准的规定。亚临界(16.7 MPa≤p<22.1 MPa)及以上电站锅炉的主蒸汽管道和再热蒸汽管道水压试验按《电力建设施工技术规范第5部分：管道及系统》的要求进行。
小型自备电站、热电联产、垃圾焚烧发电、余热利用(水泥工业窑头窑尾炉、硫磺制酸、硫铁矿制酸、炼铁厂)等低压(p<3.8 MPa)、中压(3.8 MPa≤p<5.3 MPa)、次高压(5.3 MPa≤p<9.8 MPa)发电锅炉，其结构、用材、工况等与电站锅炉相类似，改造和重大修理、监督检验应按电站锅炉有关标准的要求进行[5]。
电站锅炉的改造及重大修理一般都处于抢修状态，施工现场环境恶劣，时间紧，任务重，前期准备工作应协调沟通好，人力资源、工艺文件、施工设备和材料应准备充分，这样才能按质、按量、按时做好锅炉的改造、重大修理和监督检验工作。另外，国家有关部门根据科学技术的进步和工作实际情况，会修订相关标准和发布行政规章，工作中要加强关注。
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