某电厂#5、6锅炉包覆过热器中隔墙联箱管座及管子拉裂分析及解决方案

摘 要：某电厂#5、6号锅炉尾部烟道包覆过热器中间隔墙联箱管座及管子自投产后多次发现裂纹或直接拉裂泄露事故，对泄露的管子及出现裂纹的地方进行了热力分析，研究锅炉汽水循环结构。分析结果表明，由于锅炉胀差客观存在的原因，在机组运行特别是启停过程中，中隔墙（含上、下部份）管屏与侧包覆墙管存在较大温差导致的胀差，该胀差在这个位置产生很大的热胀推力，这个推力却无法释放，在应力集中处产生很大弯曲力，最终导致管子弯曲拉裂或管座拉裂，进而导致管子失效。

关键词：包覆过热器中隔墙联箱；拉裂；泄露；胀差；热推力；弯曲应力

1 设备运行出现事故情况

某电厂三期工程#5、6机组是两台300MW循环流化床机组，自2008年10月28日动工建设，分别于2010年的7月6日、8月24日建成投产。锅炉型号为：SG-1036/17.5-M4506，锅炉型式：单锅筒自然循环、亚临界中间再热、循环流化床锅炉。锅炉后烟井受热面包括低温过热器、低温再热器、包覆过热器、省煤器。后烟井上部被隔墙包覆过热器分隔成前、后二个烟道，前烟道内布置低温再热器，后烟道内依次布置低温过热器和二级省煤器。其中中隔墙和侧包墙上联箱是单独布置后悬吊在锅炉顶板上，中隔墙和侧包墙下联箱是连通成一个“日”型整体布置。

机组投入运行至今，多次发现中隔墙下联箱两侧管座及管子出现裂纹或直接拉裂泄露现象，进而造成机组非计划停运抢修。具体设备情况如下：

1.1 2011年2月，#5炉中隔墙下联箱右侧管座拉裂泄漏

2011年2月20日，#5炉中修过热器系统水压试验，在顶压至5MPa时发现#5炉中隔墙下联箱右侧管座漏水，发现中隔墙下联箱右侧第三、四条管座与联箱焊缝断裂，裂口位于角焊缝与管座热影响区域。

对泄漏点旁边的右侧包墙管（ф51×6）进行测厚没有发现减薄，对泄漏点旁边三条管子进行测厚，壁厚值分别是7.3、7.4、7.5，减薄量不大。对中隔墙右侧第5至9条和左侧第1至5条管座与联箱角焊缝进行打磨着色检查，没有发现异常。

1.2 2011年11月，#6炉中隔墙下联箱管座拉裂泄漏

2011年11月19日#6机组补水率大，确认中隔墙有管子泄露。在停炉后，四管防磨人员进入炉内检查，发现中隔墙下联箱连接管座下焊缝热影响区（B侧）有1个漏点，泄漏处为环形裂纹，裂纹起始方向为炉前往后方向。经对中隔墙下联箱管座处（B侧）管子着色检查，发现除已漏的管子外，附近三根管子管座已存裂纹（如图2所示）。

1.3 2014年7月，#6炉中隔墙下联箱管子拉裂泄漏

2014年7月，经巡查发现#6炉尾部烟道中隔墙下联箱处有泄露的响声，检查确认中隔墙下联箱处有管子泄露。在停炉后进入检查发现炉中隔墙联箱B侧第二根管子在内弯处开裂，管子已经失效（见图2）。该根管子开裂后对旁边第三根管子造成吹损，检查发现第四根管子在内弯头处也明显存在裂纹。现场对其它13根弯管的弯头位置进行磁粉探伤检查，发现第5、6、7根弯管在内弯头位置都存在裂纹现象。

2 中隔墙下联箱管子及管座产生裂纹的原因分析

包覆过热器中隔墙下联箱上连接的是一排规格为ф32×8，20G的管子，原设计安装时联箱两端前两根管子有一定的弯曲，其他的都是直管。发生泄漏的地方（如图3所示）几乎都是在中隔墙下联箱两侧第一、二根弯曲的管子或第一、二根直管管座处，且在第一次发生泄漏后检查发现中隔墙下联箱右侧第三至八条管直段均有不同程度的弯曲变形，中隔墙上部高温段直管也存在更明显的管子弯曲变形现象。可见中隔墙过热器在实际运行中肯定存在膨胀受阻。导致膨胀受阻的可能原因如下：

中隔墙和侧包墙上联箱是单独布置后悬吊在锅炉顶板，中隔墙和侧包墙下联箱是连通成一个“日”型整体布置。侧包墙管子单面吸热，中隔墙布置在后烟井中间管子两面同时吸热。同时中隔墙管径比侧墙管径小，热量传递比侧包墙慢，在机组启停过程中隔墙热膨胀量比侧包墙大。这样在中隔墙和侧包墙下联箱连通成一体的情况下，必然产生中隔墙与侧包墙实际运行中膨胀不同步。中隔墙管屏已发生的弯曲变形状况也证明了这一分析。

中隔墙下联箱右侧第一、二条管是弯管，其后均是直管，这样最边沿的直管在发生膨胀不畅时产生应力较大，出现焊口拉裂（如图1）。

由于在运行过程中，特别是在启停过程中，中隔墙（含上、下部份）管屏与侧包覆墙管存在较大温差导致的胀差，该胀差在这个位置产生很大的热胀推力，使得管屏弯曲变形，在几何结构最不连续处即应力最集中的管座处产生很大的弯曲应力。当管屏弯曲变形后，管座的一侧受拉，另一侧受压。从现场中发现，管屏朝炉前弯曲，在中隔墙比侧包墙热时，中隔墙膨胀量大，此时前侧受压，后侧受拉，在中隔墙较侧包墙较快冷却时，前侧受拉，后侧受压。因此，该弯曲应力是交变弯曲应力。所以，应是热胀推（拉）力产生的交变弯曲应力导致的疲劳开裂。开裂在炉前后两个方向都有可能产生。可以认为，在升负荷（启炉）时，中隔墙受热快，且管内介质为下游，温度较高，因此，中隔墙膨胀量较大，此时，管屏表现为热胀推力，产生向前拱的弯曲变形后，在管座炉前侧为压应力，在炉后侧位拉应力。在降负荷时，则相反。此时，炉前侧为拉应力，炉后侧为压应力。受拉的应力才会导致开裂，因此，炉前侧的开裂多发生在降负荷（停炉）过程中，炉后侧的开裂多发生在升负荷（启炉）过程中。这就是以上几次事故发生的原因所在。

3 中隔墙下联箱管子及管座产生裂纹的处理措施

經过查阅图纸和现场检查，包覆过热器下联箱下部膨胀没发现问题，而且根据上述分析，由于胀差客观存在，并且没有很好的方法来解决，所以要解决管座及管子受力拉裂的问题，必须对中隔墙下联箱所连接的管子进行改造。可以从两个途径着手解决，一是增加炉管的柔性，第二是增加管座根部的刚度和强度，减少该处的应力集中。具体方法如下：

（1）将中隔墙两端第1、2根管子更换为弯曲半径比原设计管子大的新管，且中隔墙下联箱两端第3、4根直管更换为弯管后能够吸收膨胀应力，此后在着色检查中未发现缺陷，所以对两侧第5至17根子（拉裂的11根管子加上扩大性预防2根，共13根）做类似处理，由直管更换为弯管，其中管子长度为：下焊口以把裂纹消除为准，上焊口则与第3、4根管子上焊口平齐，管子弯曲半径稍比第3、4弯管的弯曲半径大则可。更换弯管后，管与管间鳍片不作恢复。

（2）中隔墙下联箱直管段下部全部用鳍片连为一整体，若部分管子受力膨胀不畅，会对周边管子造成拉挤，破坏其力平衡，进而拉裂管子。为了解决这个问题，可以将原中隔墙下联箱管全部鳍片向上割开150mm左右，顶部钻一ф8小孔，作为应力释放槽（如图4）。这样可以增加炉管的柔性，有助于中间段的变形，从而减少热胀推力，减少热胀推力对管座产生的弯曲应力。

（3）为增加管座根部的刚度和强度，可对中隔墙下联箱两侧第1、2、3、4根管更换的新管，在其管座位置前后段加焊拉筋板，拉筋板现场使用σ=5mm，Q235-A铁板制作，拉筋板与管子及联箱接触段要求满焊。

（4）在机组停运后，不要过早打开联箱附近的入孔，以防止联箱与管子因受冷而快速冷缩，如果冷缩速率方向不均，就会造成管子在管座焊缝处因热拉力影响而拉裂，所以停炉后要加强监测，做好预防性维护。

4 结束语

包覆过热器中隔墙下联箱管子及管座存在膨胀受阻是因为中隔墙管屏与侧包覆墙管存在较大温差导致的胀差，该胀差在几何结构最不连续处即应力最集中的管座处产生很大的弯曲应力，进而使管座拉裂或管子拉裂。通过增大管子的弯曲半径、改造管屏的鳍片来增强管子的柔性，释放热胀推力对管座产生的弯曲应力。加焊拉筋板，增加管座根部的刚度和强度，使管座不易被拉裂。做好保护措施及检测，有效的解决了过热器中隔墙下联箱管子及管座因应力受阻而拉裂的问题。

参考文献

[1]1036t/h循环流化床锅炉产品说明书[R].2010：5-12.

[2]段文龙.广东省云浮发电厂金属监督技术分析报告[R].2011：2-5.

作者简介：彭国栓（1985-），男，广东粤电云河发电有限公司，研究方向：锅炉检修。