660 MW机组过热器出口联箱疏水管焊缝开裂原因分析及处理措施

2011-11-15张玉军张节信

河北电力技术 2011年5期

张玉军，张节信

(华能邯峰发电厂，河北邯郸 056200)

1 焊缝开裂情况

华能邯峰发电厂一期工程安装了2台660 MW的燃煤发电机组，锅炉为亚临界压力、一次中间再热、平衡通风、“W”火焰、固态排渣、Π型布置、单汽包自然循环煤粉炉。2台机组分别于2001年3月和2001年9月投入商业运行。锅炉过热器设计了2个出口联箱，出口联箱南北方向布置。每个出口联箱设计有2个疏水管座和1根疏水母管，2根疏水母管并排布置，从锅炉南侧引出。在机组正常运行期间，空气预热器蒸汽吹灰器的吹灰汽源取自过热器2个出口联箱的疏水母管。过热器出口联箱材质为SA 335 P22，规格为φ736.6 mm×124.5 mm；联箱疏水管座材质:SA 336 F22；疏水管材质为SA 335 P22，规格为φ48.3 mm×10.2 mm。机组额定负荷下，过热器出口蒸汽参数为16.69 MPa，540.8 ℃。

2010年3月,2号机组检修时，位于炉前的过热器出口联箱南侧的疏水管座与疏水管间连接焊缝的热影响区半周开裂，如图1所示。

图1 焊缝开裂位置

检查发现过热器出口联箱疏水母管位于炉外的一处滑动支撑处存在膨胀受阻的问题，初步分析认为焊缝开裂是因为疏水母管在热态时膨胀受阻，疏水管与管座连接焊缝处产生较大的热应力引起的。为消除疏水母管膨胀受阻的缺陷，对开裂的疏水管焊缝进行了恢复。2011年2月,1号机组检修时，发现1号锅炉过热器出口联箱同一位置的焊缝热影响区也出现了同样的开裂问题，检查各处未发现膨胀受阻问题。

2 焊缝开裂原因分析

2.1 交变热应力

通过查阅资料和现场确认发现，过热器出口联箱及其疏水立管在2个联箱北侧设计了膨胀死点，出口联箱热态时南北方向上向南侧的膨胀值为158 mm。同一出口联箱上2个疏水管座间水平疏水母管的长度约为34 m，2个管座间的疏水母管上设计有多个U形膨胀弯，用于补偿出口联箱和2个疏水管座间疏水母管的膨胀差。在空气预热器不吹灰时，疏水母管内为静态蒸汽，疏水母管的温度较出口联箱温度低，此时联箱疏水管座与疏水管间的连接焊缝的热应力状态基本不发生变化。但是空气预热器每天至少进行3次吹灰，空气预热器吹灰时，疏水管内有过热蒸汽流动，出口联箱2个疏水管座间的疏水母管的温度水平与出口联箱相当，疏水母管会膨胀伸长，使联箱疏水管座与疏水管间连接焊缝的热应力发生变化；当空气预热器吹灰结束后，随着疏水母管温度逐渐降低，疏水母管会收缩，再次引起联箱疏水管座与疏水管间连接焊缝的热应力发生变化。因为出口联箱北侧的疏水立管设计为膨胀死点，所以这一热应力的变化主要作用在出口联箱南侧的疏水立管与管座间的连接焊缝上。由此可见，2个出口联箱南侧的疏水立管与管座间的连接焊缝在机组运行期间承受着低周交变热应力的作用，若这一交变热应力较大，在长期的作用下，焊缝就会疲劳开裂。从焊缝裂纹金相电镜扫描照片(见图2)可以看出，焊缝起裂处明显存在疲劳特征。

图2 裂纹金相电镜扫描照片

2.2 疏水管结构

从焊缝发生开裂的疏水管的结构可以看出:疏水管座与疏水管间的连接焊缝位于最小截面处，结构本身就容易产生应力集中；疏水管座与疏水母管间的连接管段太短，对出口联箱和2个疏水管座间疏水母管热膨胀差的补偿能力不足。

3 处理措施及效果

针对应力集中问题，对疏水管与管座的连接焊缝结构进行了改造(如图3所示)，去掉疏水管座与疏水管间的插焊连接套管，改为对接焊接结构，最大限度地缓解焊缝处的应力集中问题。

图3 改造后的焊缝结构

检查发现位于炉后的另一个出口联箱南侧的疏水管管座与疏水母管间的连接管上存在3个90°弯头，而且还有约3 m长的直管段，相同位置的焊缝未发现问题。分析认为热态时，连接管上的弯头和较长的直管段的变形补偿了出口联箱和2个疏水管座间疏水母管的部分膨胀差，使疏水管与管座间的连接焊缝承受的低周交变热应力大幅减小。因此，该疏水管与管座间的连接焊缝未出现疲劳开裂的问题。于是对焊缝发生开裂的疏水管进行了改造(如图4所示)，在疏水管座与疏水母管间的连接管上设计了一个U形弯和较长的直管段，以最大限度地减小连接焊缝承受的交变热应力，防止焊缝疲劳开裂。