某電廠鍋爐屏式再熱器泄漏原因分析及解決方案

梁雪萊

(內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司，內蒙古 托克托 010206)

鍋爐是火電廠的基本設備之一，鍋爐的安全穩定運行直接影響著電廠能否長周期運行，據統計，鍋爐“四管”泄漏是造成電廠非停的最常見形式，一般占機組非停的50%以上，最高可達到70%，嚴重影響著機組的經濟性。

屏式再熱器管是火力發電廠鍋爐“四管”的重要設備之一，布置于爐膛出口煙道處，同時吸收輻射熱和對流熱進行熱交換，由于內部工質壓力相對其他受熱面較低，通常屏式再熱器受熱面管壁設計較其他受熱面薄，更容易發生泄漏。在正常運行中，如果鍋爐屏式再熱器發生泄漏，就只有采取強迫停運而進行搶修。其泄漏嚴重影響了火力發電廠的正常生產，直接的經濟損失為幾十萬至上百萬元。

以某臺亞臨界參數600MW鍋爐的屏式再熱器泄漏事件作為工程的實際案例，并結合其他亞臨界600MW鍋爐的類似問題，進行分析與總結，找到泄漏問題源頭，提出解決方案。

1 鍋爐概述

某廠屏式再熱器布置于前爐膛折焰角上方，為減少再熱器阻力，屏式再熱器到高溫再熱器采用管子直接相連，取消了中間集箱。屏式再熱器共48片，每片由19圈管子并聯組成，管徑Φ63×4mm，橫向節距381mm，材料為12Cr1MoVG、T91、TP347H。

2 事件經過

2016年12月20日12時28分，機組負荷481MW，主汽溫度539℃，主汽壓力16.10MPa；再熱汽溫度536℃，再熱器壓力2.87MPa，引風機、送風機、一次風機雙列運行，A、B、C、E、F磨煤機運行，機組其余運行參數正常。鍋爐四管泄漏報警裝置第5、11、13 3個通道指示偏高，就地檢查爐右53m IK8長吹灰器附近聲音較大，試關吹灰手動門，聲音未見明顯減小，初步判斷泄漏部位為爐右53m標高屏過、屏再區域，匯報值長，經網調批準，12月21日晚22時40分停爐檢修。

12月23日停爐冷卻后進行檢查，確認屏在右數第5排，前數第20根夾屏管變徑處裂口為首爆口(φ63×7mm+φ63×4mm，12Cr1MoVG)，見圖1。其泄漏后吹漏右數第5屏前數19根，內圈第一彎、內圈第二彎垂直段，吹損右數第6屏從內向外數第2、3彎向火面直管段，測厚在2.4mm～3.0mm之間。安排對屏式再熱器右數第5、6屏泄漏及吹損管段及彎管進行全部更換。

圖1 屏式再熱器漏點示意

3 泄露原因檢查分析

3.1 外觀檢查

裂紋位于7mm壁厚管子側變徑退臺根部，距離對接環焊縫28mm處，沿管子環向延伸發展。原始爆口最大寬度約15mm，環向長度約60mm，爆口兩端平整，未見明顯塑性變形，爆口附近未見明顯減薄。對爆口附近進行超聲波測厚，發現爆口附近的壁厚減薄不明顯，排除磨損和吹損的爆管可能。見圖2所示。

圖2 第20根管道漏點情況

3.2 超溫檢查

通過查找屏式再熱器壁溫測點分布記錄表，并和泄漏管屏位置進行對比分析，右數第5屏與左數第44屏為同一屏管排，壁溫測點裝設在該管屏的第6根管上，查看該溫度測點1個月內的溫度變化趨勢，最高溫度分別為370.44℃、372.62℃，低于管壁允許溫度580℃，不存在超溫現象，見圖3。

另外，測量屏式再熱器右數第5排前數第20根管道泄漏位置及相鄰管子的脹粗情況，以泄漏點為基準，分別往上測量8m，往下測量1m，最大值為63.10mm，無脹粗現象，排除超溫爆管可能。

表1 屏式再熱器壁溫測點(#1機臨修新增10HAH20CT236-239)

說明：屏的順序定義，背對汽包(即面向后墻)，從左往右看依次為屏1、2、3……管道的順序定義，屏式再熱器聯箱是東西走向安裝，其中屏式再熱器共有48個屏，管道垂直安裝在聯箱兩側。測點安裝在聯箱的管道上，從后墻往前墻數，依次為管道1、2、3……19，每個屏靠前墻側安裝有9根管，靠后墻側安裝有10根管。

圖3 壁溫運行曲線

3.3 核實之前防磨防爆檢查情況記錄

鍋爐點檢員及防磨防爆檢查人員對屏式再熱器泄漏位置檢查重視不夠，結構不清，每次檢查以屏式再熱器穿屏管處機械磨損、吹灰通道的吹損、管道變形出列、彎頭磨損、管屏固定管夾脫落磨損開展檢查工作。只對該區域進行了磨損、吹損的檢查，未發現有磨損、吹損的現象。

3.4 金屬分析

爆口形貌：從爆口斷面可以看出，爆口段無明顯脹粗現象，斷面存在明顯的裂紋擴展臺階紋路，內壁部位為裂紋源區，兩端為撕裂區，其他部位為裂紋擴展區。具有典型的疲勞斷口特征，見圖4。

圖4 斷口外觀形貌

裂紋發源于管子內壁臺階根部，從圖5可以看出存在明顯的劃痕痕跡。

圖5 臺階根部劃痕

綜合分析后得出：泄漏位置存在截面突變。管排內圈管子彎曲半徑小，管子彎制時壁厚減薄量大，采用了厚壁管，為了保證對口平齊，在焊口附近30mm范圍內，廠家對管子內壁進行了車削，在車制過程中操作不當會導致根部存在尖銳劃痕，劃痕根部缺口敏感性強，為裂紋的產生創造了條件。

按照DL/T 869-2012《火力發電廠焊接技術規程》要求，焊件對口時，內壁(或根部)尺寸不相等而外壁(或表面)齊平時，變徑臺階角度為15°，如圖6所示，保證變徑處平緩過渡，減小了此處應力集中現象。本次鍋爐屏再泄漏處加工尺寸不合格。造成了此處應力集中。

圖6 對口尺寸要求

裂口部位應力情況復雜，前數第19根管子和前數第20根管子是同一根管子回繞而成，起固定管排的作用，管子在運行中受到管排晃動產生的應力、約束管排產生的彎曲應力、熱應力、蒸汽壓力產生的應力。

在應力長期作用下，劃痕根部產生裂紋，裂紋不斷擴展，最終導致開裂泄漏，是導致此次泄漏爆管的主要原因。

具體原因分析：①鍋爐屏式再熱器右數第5屏夾屏管變徑處開裂，是造成此次事件的直接原因。 ②屏式再熱器夾屏管在7mm變4mm時，廠家直接將管子內徑車削3mm，在變徑處形成凸臺，導致焊接接頭處不同壁厚管子變徑臺階角度不滿足焊規要求，不同壁厚管子焊接接頭處須平緩過渡，變徑臺階角度應為15°。大角度變徑，造成此處應力集中，是導致此次泄漏爆管的主要原因。

4 解決方案

排查同類型鍋爐屏式再熱器內變徑結構形式，只有屏式再熱器底部夾屏管圈與內1圈為內變徑結構形式，共計48排，每排4根管。利用停爐機會對同類型鍋爐相同問題屏式再熱器底部夾屏管圈與內1圈進行更換，并將目前的12Cr1MoVG材質提升為T91材質，在消除變徑管凸臺易造成應力集中隱患的同時提高管子強度。

對同類型的過熱器、再熱器受熱面管道進行排查，對存在內壁加工臺階的部位，利用金屬監督手段利用停機機會進行著重檢查，根據檢查結果制定相應的防磨防爆方案，在檢修中進行檢查。鑒于金屬檢測缺乏有效手段，對于內壁裂紋，只能進行超聲波檢測，但是超聲檢查存在困難，原因如下：如果從薄壁側檢查，由于焊口至臺階距離較小，探頭沒有移動空間，無法有效檢出裂紋；如果從厚壁側檢查，由于存在臺階的端角反射，判斷較困難，見圖7。因此，定做特殊的探頭及試塊，便于檢查。

圖7 超聲檢測示意

對同類型機組四管泄漏部位材料進行收集，鍋爐專業組織學習借鑒經驗，做到提前預防、提前檢查、提前處理，將設備隱患及時消除。

5 結論

對于現有及新建亞臨界600MW鍋爐屏式再熱器泄漏的解決方案可概括為：①排查全廠鍋爐存在變徑結構的受熱面管，查看圖紙并聯系鍋爐廠家核對制作工藝，同時利用機組等級檢修期間抽查部分變徑結構受熱面管，檢查其變徑區域是否滿足工藝要求。②受熱面管變徑內壁裂紋，定做特殊的探頭及試塊 ，利用停爐機會全面進行檢查，將隱患消除在可控范圍內。③對其他廠家同類型機組泄露區域資料進行收集，組織鍋爐檢修人員學習借鑒，做到防患于未然。