火电厂锅炉再热器管道开裂原因分析

火电厂锅炉再热器管道开裂原因分析

李冰涛 孙海佳

陕西国华锦界能源有限责任公司，陕西、神木，邮编： 719319

摘要：火电厂锅炉的再热器管道发生疲劳开裂时，会直接影响到锅炉正常生产，也可能会引发安全事故。本文以实际锅炉再热器管道开裂案例为研究对象，通过开展试验分析、设备运行分析等，进一步确定了其再热器管道开裂的具体原因。

关键词：再热器；火电厂；管道开裂

引言：再热器装置事实上是一种蒸汽过热器，在当前的许多电厂中被应用，使得电厂循环的实际热效率被提高。而再热器管道是较为重要的构件，该构件的稳定性会影响到再热器是否有效运作。

1.案例概况

某地区在近五年内相继出现了7台燃煤锅炉再热器管道开裂的事故，锅炉型号为DG1065/1802-Ⅱ6型。其中，再热器系统采用的是三级布置方式，包括的设备有中温再热器、壁式再热器以及高温再热器。锅炉的燃烧方式为四角切圆式燃烧，锅炉再热器的汽温调控主要有蒸汽侧减温器喷水调节和烟气侧燃烧器摆动调节。为了探明多台燃煤再热器管道开裂问题的实际原因，本次选择其中一台燃煤锅炉的左侧再热器为研究对象，其实际失效发生在微调减温器集箱及其之后的连接直管对接位置，具体情况还需进一步深入探析^[1]。

2.管道开裂的试验分析

2.1管道形貌观察

通过从宏观的角度对管道形貌观察发现，本次研究的管道开裂具体位置是内壁直管对接接头的倒角车削区变截面的位置，其实际开裂的长度大约为400毫米，与焊缝平行且呈环向开裂，开裂缝和实际焊缝之间的轴向距离约为20毫米，同时，管道内壁的表面较粗糙，存在着许多车削刀痕，呈环状分布，接头的倒角车削区变截面位置厚度约为4毫米，倒角的退刀槽呈环向平直开裂。再热器的微调减温器集箱直接焊接于连接管道结构上，因此其外部直径相同，但壁厚之间存在差距，约为3.9毫米，坡口位置的厚度差明显，因此，根据相关技术规程，需要对厚度存在差异的两个管件焊接坡口位置进行车削处理，确保其保持平整内壁。但本次研究的对象车削工艺水平不高，导致坡口出现过于陡峭的情况，也没有进行圆滑处理，致使产生了一个应力集中区域。

2.2断口形貌细致观察

对其断口剖面形貌进行细致观察，发现实际裂纹还是产生于管道内壁上，同时具有着向外壁不断延伸的趋势，不借助于任何设备即可清晰观察到初始裂纹的位置以及其向外扩展区域。再使用电镜扫描检测进行扫查后发现，靠近管道外壁的一侧有疲劳辉纹呈现。

2.3显微镜组织检测观察

将再热器管道开裂的具体位置使用显微镜设备进行组织检测并观察。发现其开裂位置上的金相组织形态整体为轴状，其上均匀分布着珠光体及铁元素，其晶粒形态正常无异状，实际球化具有倾向性，级别为2级，整体组织正常，没有任何缺陷。

2.4其他方面的检测分析

深入分析再热器管道开裂原因，需对其进行力学性能的检测，主要包括抗拉和屈服方面的强度性能，还需进行化学成分的检测以及管道的壁厚检测。通过检测后的结果发现，管道的实际力学性能符合发电厂锅炉高压无缝钢管的具体要求，其化学成分也是合理的，实际管道的壁厚最小值为21.46毫米，与设计要求也相符合。

3.再热器设备的运行分析

3.1热膨胀分析

本文研究的壁式再热器设备出口集箱位置安装了可变的弹簧吊架结构，具体规格为TD120D18，而同样安装了弹簧吊架结构的还有微调减温器装置，其规格为TD60D18，中温再热器的进口集箱位置安装了规格为TD30D15的可变弹簧吊架结构。进检查发现，上述所有的可变弹簧吊架结构都无异常，没有任何损坏或是其他故障，可正常使用。而根据具体的膨胀设计，壁式再热器设备出口集箱的向炉前位移量为31.7毫米，向下位移量为2.7毫米，向炉后无位移；中温再热器进口集箱的向炉后位移量为23.9毫米，向下位移量为23.4毫米，向炉前无位移。中温与壁式再热器之间的集箱连接管长度约为11240.74毫米，微调减温器装置集箱的实际长度为4849.67毫米，壁式再热器设备出口集箱与连接管之间存在着2800毫米的高度差，中温再热器设备进口集箱与连接管之间存在着2300毫米的高度差。当整体处于VWO工况下运行时，其连接管道内部工作质量温度为398℃。根据相关计算公式来计算连接管道的实际膨胀总量，其计算结果为59毫米，这说明实际设计的膨胀值也符合再热器管道连接的实际需求，因此其不存在外加应力，也不会出现膨胀受阻的情况。

3.2减温器装置结构分析

微调减温器装置的主要结构包括混温套筒装置和喷嘴构件，其中喷嘴是多孔单排喷水形式，减温水的具体流向就是再热蒸汽的流向，在混温套筒装置的两端，分别使用圆柱销和定位螺丝来进行固定，套筒能够进行充分的热膨胀。实际微调减温器所设置的减温水量偏小，因此使用以上规格的喷嘴就能够实现将减温水充分雾化的需求。为了满足自动发电控制系统的实际调度要求，发电厂的锅炉负荷是处于频繁且快速变化状态的。因此，再热器的系统烟气侧调温会发生响应停止，这时为了确保再热器设备不会出现过热现象，就需要增加减温水来降低汽温，再热器内部的温度与减温水之间温差较大，超过了241℃后就会产生一定的热应力以及一些会振动的激荡力，而其多孔喷水管会在这种应力交变与振荡的条件下出现疲劳，进而产生开裂问题，由于其增加的减温水过量，还会出现孔径被冲刷逐渐扩大的情况，致使其内部雾化能力也下降

^[2]。

3.3减温水过量分析

对锅炉实际运行的数据进行分析，发现其发生再热器管道开裂故障前的一个月，微调减温器的减温水出现过量情况，投入量高达每小时48.9吨，远远高出实际设计的最大喷水量值，因而对减温水过量实际原因进行分析，主要是包括几点：一是由于煤炭的供应逐渐紧张，锅炉实际燃烧的煤种发生改变，其煤质较低，因而需要采取增加减温水的方法来控制内部汽温；二是实际电网机组采用的是AGC系统，该系统对锅炉负荷响应要求较高，为了保证快速响应时不出现再热器管道过高温损害，减温器的喷水量会上升，进而出现过量情况；三是实际锅炉燃烧受到低氮改造等措施的影响而出现了工况变化，致使再热器吸收热两的配比增加而导致减温水投入量增加。

由以上几种分析情况可知，本文中所研究的锅炉再热器系统中，由于微调减温器装置需要实现调节汽温的作用，因此频繁被投入使用，同时其也长时间处于一个过高水平的运行状态，这导致在混温套筒原本结构长度范围内，减温水不能够实现混温均匀及充分进行雾化，布置在减温器之后的直管和弯头都都承受实际产生的热应力。而未充分雾化就会导致有水滴冲击到管道内壁，进而引发管道产生振动，对接接头的倒角车削区变截面就会出现应力集中产生的热疲劳，导致出现再热器连接管道失效问题。另外，受到多种因素的影响使得工况发生改变，减温水的投入量增加，最终致使管道开裂。

结论：综上所述，在火电厂发电过程中，其锅炉再热器是极为重要的装置，而再热器管道发生开裂问题会直接导致设备失效，影响到正常运行生产。由本文分析可知，文中所研究额再热器管道开裂的主要原因为汽温调节的需求上升，导致微调减温器频繁被使用，其减温水的用量过高，从而导致管道被交替应力和振动影响而出现疲劳开裂。

参考文献：

[1]张轶.某火力发电厂锅炉高温再热器管壁超温研究[J].现代制造技术与装备,2021,57(09):44-45.

[2]张艳飞,韩钢城,谢利明.火电厂锅炉再热器管道开裂原因分析[J].内蒙古电力技术,2021,39(03):38-42.

作者简介：姓名：李冰涛（1988.02--）；性别：男，民族：汉，籍贯：山西省运城市，学历：大专；现有职称：助理工程师；研究方向：电力。