余热锅炉高压辅汽加热管道泄漏分析及处理

任 岩

(河北华电石家庄热电有限公司，河北 石家庄 050041)

1 设备概况及存在问题

河北华电石家庄热电有限公司新建的2×453 MW 级燃机工程，配套东方菱日锅炉有限公司生产制造的MHDB-SGT5-4000F-Q1 型余热锅炉，三压、再热、无补燃、卧式、自然循环型式。

机组冷态启动时，利用八期机组产生的辅助蒸汽加热余热锅炉高压蒸发器及汽包内的水，加快余热锅炉启动速度，同时保证汽包上下壁温差在允许范围内，减小热应力冲击延长其使用寿命。辅汽母管压力0.5 ～0.8 MPa，温度200 ～290 ℃。

4 号余热锅炉投产后高压辅汽加热管道连续发生两次因焊缝开焊引起的泄漏事件。2019-09-27，辅汽至4 号炉高压汽包下水管右侧分配管连接处发生泄漏，停炉后对泄漏部位焊缝进行了打磨并重新焊接，还对另两侧分配管的相同部位焊缝进行了检查及加固处理。2019-10-20，辅汽至4 号炉高压汽包下水管中间分配管连接处发生泄漏。

泄漏点：辅汽至4 号炉高压汽包右、中下水管分配管的套管连接焊口；管子：φ57×8，20G；套管：20III（锻件III 类）。泄漏点位置示意见图1。

2 原因分析

高压辅汽加热管道一侧与高压汽包下降管分配管焊接，运行时此端随着下降管有较大的向下位移；另一侧与炉壳连接，位移为零。经具体管道应力分析可知，靠近高压汽包下降管分配管处局部二次应力较大[1]，在余热锅炉长期运行后，尤其是燃气机组因调峰频繁启停后，管系在冷热状态下的反复交变应力作用下出现反复塑性变形，并因塑性应变的反复累计而引起疲劳破坏，导致焊口产生裂纹并发生泄漏。

图1 泄漏点示意

燃气机组冷态启动时，余热锅炉上水后，需投入辅汽加热系统。辅汽经由辅汽管道至高压汽包下水管左、中、右分配管，一路从分配管进入高压蒸发器模块，一路从分配管经下降管进入高压汽包，从而对锅炉受热面进行启动前预热。辅汽投入后，因汽水混合，管道极易发生振动[2]，且振动强度大，持续时间约5 ～6 h，直至机组启动完成。汽水混合引发的辅汽管道振动，振动强度大，持续时间长，加剧了辅汽管道焊缝的疲劳破坏，靠近高压汽包下降管分配管处应力最为集中，此处焊缝损伤程度最大，最易发生泄漏。

综合以上分析，高压辅汽加热管道泄漏主要是因为辅汽管道布置柔性不足，吸收膨胀能力不够，此外，辅汽投入时，汽水混合引发的管道振动过大也是主要原因之一。

3 处理措施

为确保机组供热安全，避免再次发生此类泄漏事件，对4 号余热锅炉高压辅汽加热管道进行了改造，同时对冷态启动前辅汽投入进行严格控制。

(1) 在套管焊口处对裂纹周围进行打磨并做MT 检查，检查无残余裂纹后进行电弧焊补焊，保证焊接质量，焊缝打磨光滑。

(2) 优化辅汽加热管道走向，通过延长相应直管段、增加门形弯、增大门形弯等方法增加管系柔性，以降低套管处二次应力[3]。改造示意见图2。管道改造时用机械的方法打磨焊接部位，露出金属光泽，呈V 型坡口，清洁焊接部位周围50 mm 范围内锈、油、漆及氧化皮等污物。焊接方法：氩弧焊打底，电弧焊盖面。

(3) 冷态启动前，投入辅汽加热系统时，手动控制辅汽至高压蒸发器电动门开度，适度减小辅汽流量，尽可能降低汽水混合引起的管道振动[4]。

4 实施效果

通过对辅汽管道的优化、改造，增加了管系柔性，降低了辅汽至高压汽包下水管分配管连接处的二次应力，避免了套管焊口因疲劳破坏产生裂纹而发生泄漏。辅汽管道改造后，2019-11-06 至2019-11-10 机组启动调峰，2019-11-13 机组启动开始供热，保持连续运行至今，未再次发生辅汽管道泄漏。

5 结束语

4 号余热锅炉投产后高压辅汽加热管道连续发生因焊缝开焊引起的泄漏事件，通过现场检查、图纸分析，得出高压辅汽加热管道泄漏主要是因为辅汽管道布置柔性不足，吸收膨胀能力不够。通过对辅汽管道的优化、改造，增加了管系柔性，降低了辅汽至高压汽包下水管分配管连接处的二次应力，避免了套管焊口因疲劳破坏产生裂纹而发生泄漏。该余热锅炉高压辅汽加热管道改造方案给处理因管道膨胀受阻、振动引起的泄漏提供了参考。

图2 改造示意