超超临界机组锅炉再热器减温器进水管开裂泄漏原因分析及处理

闫 飞

（浙能中煤舟山煤电有限责任公司，浙江舟山316131）

0 引言

随着我国经济的发展，超超临界锅炉市场占有率逐年提高，但超超临界锅炉参数高，随着累计运行小时数增加，也会暴露出一些新的问题，引起了学者及专家们的关注。赵洪彪等[1]阐述了喷水减温器定期检验的重要性；武云鹏[2]介绍了一种具有创新性的再热器减温水系统的改造方案，为锅炉再热器减温水系统的改造提供了参考；尹侠等[3]从运行工况变化说明了再热蒸汽喷水减温器调节频繁会使减温器出现裂纹，严重影响锅炉安全运行，并提出了改进措施；曹建文等[4]主要介绍了超超临界锅炉再热器减温器结构原理和常见故障；魏道君、李平善等[5-6]分析了再热器减温水调节阀常见故障及优化措施等。遗憾的是没有发现有超超临界锅炉再热器减温器进水管开裂事件的相关研究。因此，本文进行了超超临界锅炉再热器减温器进水管开裂事件的分析研究，以为电厂减少类似事故的发生提供参考。

1 设备系统介绍

浙江某电厂1、2号机组为2台2×1 000 MW的超超临界机组，这2台机组分别于2014年7月和9月投产。其中，锅炉主蒸汽设计温度为605℃，再热蒸汽设计温度为603℃，再热器减温水水温为170℃，再热器减温水管道所在炉顶小室内环境温度为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有4个再热器减温器，每只减温器由单独的调节阀来控制。减温器进水取自锅炉给水泵的中间抽头。当锅炉负荷快速变化时，可用再热器喷水至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 再热器减温器进水管泄漏情况

该电厂2014年2台机组分别投产，投产后由于再热器减温器多处出现裂纹开裂，多次对再热器减温器进行检查检修，故未引起设备异常。但近期发现锅炉炉顶大罩外部出现水滴现象，并有蒸汽冒出，怀疑炉顶大罩内部有泄漏。经技术人员进入炉顶大罩内检查发现，炉后左侧再热器减温器进水管距离减温器焊口上部约1 cm处，有1道横向裂纹。在锅炉再热系统水压试验中，再次发现锅炉前左侧再热器减温器进水管直管段有2处横向裂纹，这2处裂纹与第一次发现的裂纹形状相似。

3 再热器减温器进水管泄漏的原因分析

针对再热器减温器出现的开裂，对泄漏的再热器减温器进水管纵向割开，对管道内壁进行渗透检测检查，发现该直管段内壁布满横向裂纹，越靠近减温器，其管道内壁裂纹深度和长度越严重。根据该情况，对另外1台锅炉再热器进水管管道内部进行PT检查，发现管道内壁也存在不同程度的横向裂纹，经分析裂纹形成原因为热疲劳。

为进一步验证开裂原因，技术人员在4根再热器进水管开裂位置分别增装1个壁温测点（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 再热器进水管壁位交变次数次

在再热器减温水投用时减温器进水管壁温温度为170℃左右，在再热器减温水未投用时减温器进水管壁温被炉顶小室内环境温度加热至530℃左右。当减温水投用时，减温器进水管壁温被减温水降温至170℃左右，故当减温器减温水投撤时，减温器进水管温度在170～530℃之间反复变化，温差范围达360℃。在撤出减温水时，减温器进水管壁温从170℃被炉顶小室内环境温度加热缓慢上升至530℃，加热时长约15 min，减温器进水管壁温变化速率为24℃/min；在投入减温水时，减温器进水管壁温从530℃降至170℃，时长约2 min，减温器进水管壁温变化速率达180℃/min。再热器减温水每年投撤次数为8 010～15 121次，与表1中再热器进水管壁温交变次数相同，再热器减温水反复投撤使减温器进水管频繁受到较大的热冲击，最终形成热疲劳裂纹。

4 防止再热器减温器进水管开裂的措施

a）优化管道壁厚，升级管道材质。该电厂再热器减温器进水管材质为T22，壁厚7.5 mm。再热器减温器进水管材质可以升级为T91，管道材质升级为T91后其强度提高，抗热疲劳性能提高，该材料对应壁厚3 mm即可满足强度要求。同样，再热器进水管采用壁厚7.5 mm的T91材质，可以显著提高抗疲劳性能[7]。

b）优化运行工况，减少再热器减温器进水管投用次数。再热器减温器减温水设计为事故喷水，再热器减温器进水管开裂的主要原因是再热器减温水频繁投入导致，需及时优化吹灰，调整燃烧，减少再热器减温水投入频次，同时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，提高再热器汽温调节性能[8-9]。

c）优化系统，从低温再热器引入冷却蒸汽进入再热器减温器进水管。从低温再热器进口集箱引入冷却蒸汽，该冷却蒸汽温度约350℃，将该蒸汽引入再热器减温器进水管，同时在低温再热器进口集箱至减温器进水管之间增装逆止阀。正常工况减温水调节阀关闭，低温再热器进口集箱蒸汽进入减温水进水管，使再热器减温器进水管温度保持在350℃左右。当减温水调节阀开启时，低温再热器进口集箱至减温器进水管之间的逆止阀关闭，减温水通过再热器减温器进水管进入减温器，减温水进水管温度与减温水温度一致，约为170℃。通过该结构优化，可以使减温器进水管温度变化范围由原来的530～170℃优化为350～170℃，使减温器进水管热疲劳的应力大幅度减少，提高了再热器进水管使用寿命。

d）设备设计布置优化。再热器减温器是作为事故喷水时使用的设备，但大多数电厂存在频繁使用再热器减温器，导致设备失效情况发生。因此，新机组选型时应充分优化减温器及减温器进水管布置方式，将进水管设置在炉顶小室外部，减少温度频繁交变，同时利于设备检修更换。

5 结束语

目前，超超临界锅炉在我国电力市场占有率越来越高，其运行经验也越来越丰富，但累计运行时间长了就会暴露出一些新问题，如再热器减温器进水管开裂造成的非停事故等。因此，加强对超超临界锅炉的研究，对再热器减温器进水管开裂的情况进行分析，意义重大。本文所做的研究还较粗浅，提出的防止再热器减温器进水管开裂措施也存在一些不足，但能为其他电厂减少类似事故的发生提供借鉴。