超超臨界機組鍋爐再熱器減溫水進水管開裂泄露原因分析及處理

閆 飛

(浙江浙能中煤舟山煤電有限責任公司，浙江 舟山 316131)

隨著我國經濟發展，超超臨界鍋爐市場占有率逐年升高，超超臨界鍋爐參數高，運行經驗逐漸成熟[1-6]。隨著累計運行小時數增加，也會暴露出一些新問題亟待解決。超超臨界鍋爐再熱器減溫器進水管開裂事件尚未有相關文件記錄，本文主要針對超超臨界鍋爐再熱器減溫器進水管開裂事件進行分析，并提出控制措施，為其他電廠提供借鑒，減少類似事故事件發生。

1 設備系統介紹

浙江某電廠1號、2號機組為兩臺超超臨界機組，分別于2014年7月和9月投產。鍋爐主蒸汽設計溫度為605℃，再熱蒸汽設計溫度為603℃，再熱器二級減溫水運行溫度約為170℃，再熱器二級減溫器運行溫度為510～540℃。

再熱器汽溫主要通過布置在尾部豎井煙道底部的煙氣調溫擋板調節。通過自動調整擋板到適當位置來調節尾部豎井前、后煙道的煙氣分配，以保證控制負荷范圍內(40%BMCR 到100%BMCR)的再熱汽溫保持在額定值。為適應變負荷或事故工況的需要，在低溫再熱器進口管道以及低溫再熱器出口集箱與高溫再熱器進口集箱之間的交叉管道上布置了4個事故噴水減溫器，每只減溫器由單獨的調節閥來控制。噴水取自鍋爐給水泵的中間抽頭。當鍋爐負荷快速變化時，可用再熱器噴水減溫器來精確快速地控制再熱汽溫，當鍋爐負荷穩定后應通過調溫擋板調節將再熱器噴水量恢復。

2 再熱器二級減溫器進水管泄漏情況

某電廠鍋爐爐頂大罩外部出現水滴，并有蒸汽冒出，懷疑爐頂大罩內部有泄漏。經進入爐頂大罩內檢查，發現低再爐后左側減溫器進水彎管焊口上部約1 cm處，有一道橫向裂紋(見圖1)。在鍋爐二次系統水壓試驗中，再次發現低再爐前左側減溫器進水管直管段出現兩處橫向裂紋，與第一次發現的裂紋形狀相似。

圖1 再熱器二級進水管泄漏漏點

3 原因分析

針對再熱器二級減溫器出現的開裂，對泄漏的再熱器二級減溫器進水管縱向割開，對管道內壁進行PT檢查發現，該直管段內壁布滿橫向裂紋(見圖2)，越靠近減溫器，其管道內壁裂紋深度和長度均越嚴重。根據該情況，其他3個二級減溫器進水管道割管檢查，管道內壁均存在不同程度的橫向裂紋，裂紋形成原因為熱疲勞。

圖2 再熱器二級進水管內部PT檢測裂紋

為進一步驗證開裂原因，對4根再熱器進水管開裂位置分別增裝1只壁溫測點(測點位于爐頂大罩內部，靠近減溫器處)。經排查，該管壁溫頻繁交變，交變次數如表1所示。

表1 再熱器進水管交變次數

在再熱器二級減溫水投用時減溫器進水管壁溫為170℃左右，在再熱器二級減溫水未投用時減溫器進水管壁溫為530℃左右。當減溫水投撤時，減溫器進水管壁溫的溫度在170～530℃之間反復變化，溫差范圍達360℃。撤出減溫水時壁溫從170℃左右上升至530℃，時長約15 min，減溫水進水管壁溫變化速率為24 ℃/min；投入減溫水時壁溫從530℃降至170℃，時長約2 min，減溫水進水管壁溫變化速率達180 ℃/min。

同時結合表1，得到減溫水每年投撤次數為8 010～15 121次，減溫水反復投撤使進水管頻繁受到較大的熱沖擊，最終形成熱疲勞裂紋。

4 主要措施

4.1 優化管道壁厚及材料升級

該電廠再熱器二級減溫器進水管材質為T22，壁厚7.5 mm。再熱器二級減溫水進水管材質可升級為T91，使用T91材質最小壁厚可以減薄至3 mm。而使用T22，最小壁厚需為7.5 mm。材質優化為T91材質主要存在如下問題。

(1)目前再熱器二級減溫器進口管為12CR1MoV，噴頭為鑄件WC9。若更換為T91材質，存在1道異種鋼焊口，異種鋼焊口焊接工藝上成熟，其強度能夠滿足要求，但抗熱沖擊性能沒有相關試驗數據，可能該異種鋼焊口成為新的薄弱點。

(2)管壁溫差較大，通過管壁減薄可以減少熱疲勞影響。該管子的主要熱沖擊在管子內壁，而內壁裂紋主要是內壁受到熱沖擊，不斷彈、塑性變形導致。該管子內、外壁溫相差不大，不是影響此處熱疲勞的主要因素。

4.2 優化運行工況后減少再熱器減溫水進水管投用次數

再熱器二級減溫器減溫水設計為事故噴水，再熱器二級減溫器進水管開裂主要原因為再熱器二級減溫水頻繁投入導致，目前超超臨界機組加減負荷時，為控制再熱汽溫，存在投入再熱器二級減溫水情況。故需考慮盡量減少再熱器二級減溫水投入頻次，如對再熱器溫度調節時過熱器、再熱器擋板聯動邏輯進行優化等，提高再熱器汽溫調節性能。

另外，保持減溫水調節閥微小泄漏，可以對減溫器進水管起到一定冷卻作用，減少頻繁交變應力，能夠有效減少熱沖擊，提高再熱器進水管使用壽命。

4.3 設備設計布置優化

再熱器二級減溫器作為事故噴水，但較多電廠存在頻繁使用，設備失效情況。故新機組選型時應充分考慮優化減溫器及減溫器進水管布置方式，將進水管設置在爐外，減少溫度頻繁交變情況，同時利于設備檢修更換。

4.4 設備檢修方面

考慮目前再熱器二級減溫器頻繁投用，減溫器進水管存在類似隱患，需定期進行檢查更換，目前每兩年更換一次能夠滿足安全運行。

5 結語

隨著超超臨界鍋爐在市場占有率越來越高，其運行經驗也越來越豐富，但累計運行一定時間后，仍會暴露一些新問題。本文主要對再熱器減溫器進水管開裂情況進行描述，分析出進水管開裂主要原因是熱疲勞，并對熱疲勞產生原因進行深層次分析討論，針對設備檢修、運行調整、設計選型等方面提出建議，以減少類似事故事件發生。