超超临界机组锅炉再热器减温水进水管开裂泄露原因分析及处理

2021-09-07闫飞

电力与能源 2021年4期

闫飞

(浙江浙能中煤舟山煤电有限责任公司，浙江舟山 316131)

随着我国经济发展，超超临界锅炉市场占有率逐年升高，超超临界锅炉参数高，运行经验逐渐成熟[1-6]。随着累计运行小时数增加，也会暴露出一些新问题亟待解决。超超临界锅炉再热器减温器进水管开裂事件尚未有相关文件记录，本文主要针对超超临界锅炉再热器减温器进水管开裂事件进行分析，并提出控制措施，为其他电厂提供借鉴，减少类似事故事件发生。

1 设备系统介绍

浙江某电厂1号、2号机组为两台超超临界机组，分别于2014年7月和9月投产。锅炉主蒸汽设计温度为605℃，再热蒸汽设计温度为603℃，再热器二级减温水运行温度约为170℃，再热器二级减温器运行温度为510～540℃。

再热器汽温主要通过布置在尾部竖井烟道底部的烟气调温挡板调节。通过自动调整挡板到适当位置来调节尾部竖井前、后烟道的烟气分配，以保证控制负荷范围内(40%BMCR 到100%BMCR)的再热汽温保持在额定值。为适应变负荷或事故工况的需要，在低温再热器进口管道以及低温再热器出口集箱与高温再热器进口集箱之间的交叉管道上布置了4个事故喷水减温器，每只减温器由单独的调节阀来控制。喷水取自锅炉给水泵的中间抽头。当锅炉负荷快速变化时，可用再热器喷水减温器来精确快速地控制再热汽温，当锅炉负荷稳定后应通过调温挡板调节将再热器喷水量恢复。

2 再热器二级减温器进水管泄漏情况

某电厂锅炉炉顶大罩外部出现水滴，并有蒸汽冒出，怀疑炉顶大罩内部有泄漏。经进入炉顶大罩内检查，发现低再炉后左侧减温器进水弯管焊口上部约1 cm处，有一道横向裂纹(见图1)。在锅炉二次系统水压试验中，再次发现低再炉前左侧减温器进水管直管段出现两处横向裂纹，与第一次发现的裂纹形状相似。

图1 再热器二级进水管泄漏漏点

3 原因分析

针对再热器二级减温器出现的开裂，对泄漏的再热器二级减温器进水管纵向割开，对管道内壁进行PT检查发现，该直管段内壁布满横向裂纹(见图2)，越靠近减温器，其管道内壁裂纹深度和长度均越严重。根据该情况，其他3个二级减温器进水管道割管检查，管道内壁均存在不同程度的横向裂纹，裂纹形成原因为热疲劳。

图2 再热器二级进水管内部PT检测裂纹

为进一步验证开裂原因，对4根再热器进水管开裂位置分别增装1只壁温测点(测点位于炉顶大罩内部，靠近减温器处)。经排查，该管壁温频繁交变，交变次数如表1所示。

表1 再热器进水管交变次数

在再热器二级减温水投用时减温器进水管壁温为170℃左右，在再热器二级减温水未投用时减温器进水管壁温为530℃左右。当减温水投撤时，减温器进水管壁温的温度在170～530℃之间反复变化，温差范围达360℃。撤出减温水时壁温从170℃左右上升至530℃，时长约15 min，减温水进水管壁温变化速率为24 ℃/min；投入减温水时壁温从530℃降至170℃，时长约2 min，减温水进水管壁温变化速率达180 ℃/min。

同时结合表1，得到减温水每年投撤次数为8 010～15 121次，减温水反复投撤使进水管频繁受到较大的热冲击，最终形成热疲劳裂纹。

4 主要措施

4.1 优化管道壁厚及材料升级

该电厂再热器二级减温器进水管材质为T22，壁厚7.5 mm。再热器二级减温水进水管材质可升级为T91，使用T91材质最小壁厚可以减薄至3 mm。而使用T22，最小壁厚需为7.5 mm。材质优化为T91材质主要存在如下问题。

(1)目前再热器二级减温器进口管为12CR1MoV，喷头为铸件WC9。若更换为T91材质，存在1道异种钢焊口，异种钢焊口焊接工艺上成熟，其强度能够满足要求，但抗热冲击性能没有相关试验数据，可能该异种钢焊口成为新的薄弱点。

(2)管壁温差较大，通过管壁减薄可以减少热疲劳影响。该管子的主要热冲击在管子内壁，而内壁裂纹主要是内壁受到热冲击，不断弹、塑性变形导致。该管子内、外壁温相差不大，不是影响此处热疲劳的主要因素。

4.2 优化运行工况后减少再热器减温水进水管投用次数

再热器二级减温器减温水设计为事故喷水，再热器二级减温器进水管开裂主要原因为再热器二级减温水频繁投入导致，目前超超临界机组加减负荷时，为控制再热汽温，存在投入再热器二级减温水情况。故需考虑尽量减少再热器二级减温水投入频次，如对再热器温度调节时过热器、再热器挡板联动逻辑进行优化等，提高再热器汽温调节性能。

另外，保持减温水调节阀微小泄漏，可以对减温器进水管起到一定冷却作用，减少频繁交变应力，能够有效减少热冲击，提高再热器进水管使用寿命。