600MW亞臨界鍋爐墻再定位管裂紋原因分析及處理

魏篤星

摘要：某廠火電機組1#～4#鍋爐為亞臨界壓力一次中間再熱控制循環汽包爐。鍋爐采用擺動式燃燒器調溫，四角布置、切向燃燒，正壓直吹式制粉系統、單爐膛、∏型露天布置、固態排渣、全鋼架結構、平衡通風。四臺機組于2008年6月21日至2010年6月10日先后建成投產。

關鍵詞：再定位管裂紋；600MW亞臨界鍋爐墻

1 定位套管裂紋

2010年7月，在對1號機組進行第一次A修受熱面檢查發現，分隔屏過熱器從左向右數第二大屏，前墻左側墻式再熱器夾持管上彎頭處與護套管拉裂，墻式再熱器管約三分之二處均被拉裂，深約1mm（如圖1），對定位套管拉裂處，機械打磨清除，經著色探傷檢查確認其拉裂部位基本貫穿（如圖2）。

2 結構形式

墻式輻射再熱器布置于爐膛上部的前墻和兩側墻前部，并將部分水冷壁遮蓋，與水冷壁組裝一起出廠。前墻共布置270根管子，兩側墻各布置132根管子，管子規格為Φ60×4，材料為12Cr1MoVG，墻式再熱器管子通過連接板和拉桿與水冷壁相連，墻再與水冷壁之間能相對移動。管子重量分別由墻再出口集箱及墻再進口處密封盒承受。其中，由18根再熱器管子均勻間隔分布，突出的三個90°V型彎頭組成一組，形成兩個夾槽。對分隔屏進行限位，防止左右擺動過大。為防止運行中分隔屏在風場的擾動中擺動碰擦傷及墻再母管。因此，在V彎處外壁加裝了保護套管，長1175mm，套管一端通過角焊縫固定在母管上（如圖3）。

3 設計材質規格及參數

墻式再熱器管子規格為Φ60×4，設計材質為12Cr1MoVG，設計溫度328℃，設計壓力為3.97MPa。用于固定分隔屏的18根再熱器管子，分為6組，每個V型彎頭的外壁焊固一根Φ89?13mm套管起到防碰磨的作用，套管設計材質為1Cr18Ni9Ti。長度L=1175mm，從表1合金元素分析結果，墻再管與設計相符，未錯用材質。

4 金相分析

在墻式再熱器定位套管拉裂部位截取試樣。拋磨、浸蝕后，進行微觀組織觀察，金相組織均為鐵素體+珠光體，參考DL/T773-2001《火電廠用12Cr1MoV鋼球化評級標準》中有關珠光體鋼老化特征的敘述，對其進行老化評級，評定級別為2.5級，輕度球化，如圖4所示。

5 綜合分析

從使用的材質進行合金元素分析，均符合DL/T991-2006《電力設備金屬光譜分析技術導則》中要求的金屬材料化學成分，與設計材料相符。微觀對管材組織老化分析，未發現管材組織老化，符合要求。

從設計制作分析，墻式再熱器定位套管有一端在設計上是滿焊在墻再母管上，墻式再熱器管與防磨套管材質不同（防磨套管規格為F89?13，材質1Cr18Ni9Ti；再熱器定位管規格F60?4，材質12Cr1MoVG），這種設計無論是在材料的物理性能還是管材的選擇上，對于焊接在固定部位的異種鋼焊接，其在鍋爐運行中產生的應力對墻再管壽命影響考慮不足。兩種固定在一起的不同規格與材質的管材在高溫環境中必然會產生一定的熱應力，加之，該套管在加工定位管彎頭時，導致定位套管彎頭彎制時，在定位焊縫處形成應力（外弧為拉應力，內弧為壓應力），為裂紋的產生埋下了隱患；而且機組長期在啟停爐過程中再熱器管與防磨套管溫升不同，兩種材料熱膨脹系數不一致，兩管熱膨脹量不同，線性膨脹系數差異很大（見表2），工作溫度線膨脹系數差1.2倍以上。造成再熱器管與防磨套管形成應力，應力集中在防磨套管定位焊接處，影響到套管和墻再管子之間的自由膨脹和收縮，在運行一段時間后會從焊縫與墻再管母材的熔合線附近開始開裂，最終導致墻再母管產生裂紋。

6 處理

通過以上分析得出的結論，針對宏觀檢查未發現開裂的17根前墻墻式再熱器夾持管與護套焊接處角焊縫，經機械打磨清除鐵銹，對護套角焊縫進行著色探傷檢查又發現，17根定位管內外壁都存在不同程度的裂紋（如圖5）。

本著徹底處理隱患的原則，將防磨套管滿焊一端各割去約50毫米（如圖6）不再進行焊接，保證套管和墻再管子之間的自由膨脹和收縮。并對套管與墻再管焊接處，上下各50毫米機械打磨清除氧化皮，進行著色探傷檢查確認裂紋清除，重新焊接，著色探傷、超聲波探傷檢查焊口，無超標缺陷。并對1號爐檢查出的隱患缺陷，結合我廠機組停爐檢修，重點檢查全廠墻再定位套管焊接處，又發現類似裂紋54處，得到了及時消除，避免鍋爐因爆管停機，確保了機組安全運行。在2013年7月1號爐B修期間，重新檢查在第一次A修處理過的墻再定位套管補焊處，未發現異常。

7 結束語

機組的第一次檢查性大修，是可以發現很多設備隱患缺陷，并通過分析，制定方案，舉一反三，跟蹤檢查，可以消除相同設備類似隱患缺陷，并避免隱患缺陷的發展而導致鍋爐爆管，保障了機組的安全運行。