1025 t/h鍋爐定排接管座斷裂原因分析

郝云馮 胡玲玲

（1.湖北省電力建設(shè)第二工程公司 武漢 2.中南電力設(shè)計(jì)院 武漢）

一、前言

電站鍋爐在運(yùn)行中受到鍋爐負(fù)荷、給水量、給水溫度多種因素影響，汽包水位難免產(chǎn)生波動(dòng)。對(duì)于1025t/h大型鍋爐，更要保證其汽包水位在正常范圍內(nèi)，以避免滿水事故或泡沫共騰現(xiàn)象的發(fā)生。因此，電站鍋爐汽包一般設(shè)置有事故放水管，當(dāng)出現(xiàn)汽包滿水事故或泡沫共騰時(shí)，緊急排放汽包內(nèi)存水，迅速穩(wěn)定水位。在打開事故放水門后，大量飽和蒸汽通過放水管進(jìn)入定期排污擴(kuò)容器擴(kuò)容降壓后，蒸汽由定排擴(kuò)容器頂部排汽管排入大氣，水則從定排擴(kuò)容器底部排污管排入地溝，定期排污擴(kuò)容器的作用是降低噪聲和保證安全。

二、斷管前工況

1.斷管位置

接管座斷裂發(fā)生在汽包放水與定期排污擴(kuò)容器的接管座連接處。斷管前，機(jī)組負(fù)荷320 MW，主蒸汽壓力18.2 MPa，主蒸汽流量1154.89 t/h，因汽包水位高，運(yùn)行人員打開汽包事故放水門放水，放水過程中，定期排污擴(kuò)容器管道接管座處爆管。

2.損壞情況

（1）汽包事故放水至定期排污擴(kuò)容器管從接管座法蘭后斷裂，其支架及管道均產(chǎn)生嚴(yán)重扭曲和變形。

（2）汽機(jī)輔汽疏水母管疏水管至定期排污擴(kuò)容器進(jìn)口聯(lián)箱管道斷裂，并扭曲變形嚴(yán)重。

3.原因分析

（1）定期排污擴(kuò)容器接管座處管道結(jié)構(gòu)滿足不了極端運(yùn)行工況下的要求。汽包設(shè)計(jì)壓力20.06 MPa，工作溫度364℃，事故放水管規(guī)格為Φ133 mm×10 mm，材料20G，定期排污擴(kuò)容器接管座處管道規(guī)格為Φ133 mm×6 mm，材料為20號(hào)鋼，定期排污擴(kuò)容器壁厚14 mm，材料20號(hào)鋼，設(shè)計(jì)壓力1 MPa。對(duì)定期排污擴(kuò)容器接管座處管道壁厚校核。

計(jì)算參數(shù)P=20.06 MPa，t=364℃，管道規(guī)格Φ133 mm，材料20號(hào)鋼。根據(jù)《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》進(jìn)行壁厚計(jì)算，壁厚計(jì)算公式見式（1）。

式中Sm——支管最小壁厚，mm

D0——管子外徑，取公稱外徑，mm，本例取133 mm

Y——溫度對(duì)計(jì)算管子壁厚公式的修正系數(shù)，對(duì)于鐵素體鋼，482℃及以下時(shí)Y＝0.4

η——許用應(yīng)力修正系數(shù)，對(duì)于無縫鋼管η=1

a——腐蝕和磨損裕度，mm。對(duì)于高壓加熱器疏水管道，給水再循環(huán)管道，排污管道和工業(yè)水管道，腐蝕和磨損裕度可定為2mm

C——直管壁厚負(fù)偏差的附加值，mm，C=A×Sm，在此A取0.1

根據(jù)《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》查表得，20號(hào)鋼在 t＝364 ℃時(shí)[σ]t=96 MPa；將以上數(shù)據(jù)代入式（1）計(jì)算得S=16.3 mm。而定期排污擴(kuò)容器接管座處的設(shè)計(jì)壁厚僅為6 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于運(yùn)行工況壁厚要求。雖然當(dāng)事故放水門打開后，系統(tǒng)有一個(gè)卸壓減溫的效果，定期排污擴(kuò)容器接管座實(shí)際承受的溫度＜364℃，壓力＜20.06 MPa的校核值，但由于事故放水管的飽和蒸汽進(jìn)入定期排污擴(kuò)容器擴(kuò)容降壓后必然產(chǎn)生很大的反沖擊力，所以定期排污擴(kuò)容器接管座處這一區(qū)域所受的應(yīng)力最集中，此處本應(yīng)得到加強(qiáng)，但實(shí)際此處的管壁卻最薄，材料且為普通的20號(hào)鋼，所以滿足不了系統(tǒng)運(yùn)行的要求。

（2）管道支吊架安裝不合理。鍋爐汽包放水的時(shí)間短，管道得不到充分的暖管和排空、疏水，管道很容易受到水沖擊，熱應(yīng)力大，造成管道振動(dòng)大。放水管支吊架設(shè)計(jì)為恒力吊架，不能完全控制管道的振動(dòng)，在放水管至定期排污擴(kuò)容器接管座處容易產(chǎn)生微量疲勞裂紋。特別在鍋爐汽包多次事故放水后，接管座處的振動(dòng)疲勞裂紋加大，使接管座處的裂紋加大，最終導(dǎo)致放水管斷裂，放水管斷裂后，飛出的斷裂管打斷汽機(jī)輔汽疏水母管至定期排污擴(kuò)容器的管道（管道規(guī)格為Φ76 mm×6 mm，材料20號(hào)鋼）。

（3）定期排污擴(kuò)容器接管座與定期排污擴(kuò)容器的焊接強(qiáng)度不符合要求。檢修人員拆開定期排污擴(kuò)容器接管座，挖開定期排污擴(kuò)容器的加強(qiáng)板后，發(fā)現(xiàn)接管座僅與加強(qiáng)板相焊接，未與定期排污擴(kuò)容器壁焊接，焊接強(qiáng)度不足。

三、處理方案

（1）全面檢查定期排污擴(kuò)容器附近其他可能被蒸汽吹掃的管道和定期排污擴(kuò)容器的各接管座，沒有發(fā)現(xiàn)異常情況。

（2）對(duì)斷裂和變形的兩根管道予以更換，取消事故放水管進(jìn)定期排污擴(kuò)容器接管處的連接法蘭，將接管座處Φ133 mm×6 mm，材料20鋼的管道，更換為Φ133 mm×10 mm，材料20G的管道，并對(duì)更換部件的材料進(jìn)行光譜檢查，將事故放水管與接管座直接焊接連接，接管座與定期排污擴(kuò)容器焊接牢固。焊接時(shí)采用氬弧焊打底，電焊蓋面，并與加強(qiáng)板焊接。

（3）在事故放水管進(jìn)定期排污擴(kuò)容器接管座根部均布焊接4塊三角形加強(qiáng)筋（δ=8 mm，200 mm×100 mm，材料 Q235），如圖1所示。

圖1 加強(qiáng)筋安裝圖

（4）將事故放水管支吊架從爐前至定期排污擴(kuò)容器的水平管道部分由恒力吊架改為導(dǎo)向滑動(dòng)支架，以限制管道的擺動(dòng)，支架形式如圖2所示。

（5）在事故放水管進(jìn)定期排污擴(kuò)容器之前的管道上增加一限位支架，如圖3所示。

（6）對(duì)被蒸汽吹損的管道、容器保溫進(jìn)行修復(fù)處理。

（7）對(duì)其他幾臺(tái)鍋爐的定期排污擴(kuò)容器拆開保溫檢查，雖未發(fā)現(xiàn)裂紋，但還是在接管座根部定期排污擴(kuò)容器上焊接Φ500 mm的加強(qiáng)板（δ=10 mm，材料 Q235），同時(shí)在接管座根部焊接加強(qiáng)筋，同時(shí)在機(jī)組大修過程中將接管座Φ133 mm×6 mm，材料20號(hào)鋼的管道更換為Φ133 mm×10 mm，材料20G的管道。

圖2 導(dǎo)向滑動(dòng)支架圖

圖3 限位支架圖

四、結(jié)論與建議

（1）加強(qiáng)管道與壓力容器聯(lián)結(jié)處的質(zhì)量監(jiān)督。壓力容器為廠家設(shè)計(jì)制造，一般未考慮到管道的承壓能力（定期排污擴(kuò)容器壁厚14 mm，材料20號(hào)鋼，設(shè)計(jì)壓力1 MPa），而管道與壓力容器聯(lián)結(jié)處又為系統(tǒng)的最薄弱處，所以在高壓管道與低壓容器連接時(shí)應(yīng)特別注意加強(qiáng)連接處部分強(qiáng)度校核，以滿足整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

（2）加強(qiáng)管道和管道支吊架的檢查工作。在日常的檢修維護(hù)工作中應(yīng)經(jīng)常檢查管道是否有振動(dòng)現(xiàn)象，管道的支吊架是否有受損、膨脹受到限制的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)隱患立即處理。

（3）加強(qiáng)部件的金屬監(jiān)督。對(duì)更換管道的材料進(jìn)行光譜檢查（事故放水管和定期排污擴(kuò)容器接管座：Φ133 mm×10 mm，材料20G），所有焊接工作完成后，對(duì)所有焊接接頭進(jìn)行100%的自檢，50%的專檢，50%的超聲波探傷，并有檢驗(yàn)報(bào)告。