墻式受熱面管鰭片疲勞裂紋失效分析及防范措施

摘? 要：針對電站鍋爐墻式受熱面疲勞缺陷，從設(shè)計、安裝、運行及檢修等角度對墻式受熱面疲勞裂紋進行深度分析，提出了具有針對性的改進措施，通過實踐驗證，其效果明顯。

關(guān)鍵詞：墻式受熱面;冷凝水;熱疲勞裂紋

0? ? 引言

電站鍋爐作為火力發(fā)電廠中三大主機設(shè)備之一，其安全穩(wěn)定運行直接影響著電廠的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。根據(jù)國內(nèi)火力發(fā)電廠“四管”泄漏分析的統(tǒng)計結(jié)果，以江蘇省電網(wǎng)調(diào)度統(tǒng)計數(shù)據(jù)為例，近六年江蘇省火電機組金屬部件失效導(dǎo)致異常停機次數(shù)占所有異常停機次數(shù)的28%～38%，其中鍋爐“四管”泄漏造成的事故占金屬部件失效的70%～80%?？梢哉f，鍋爐“四管”泄漏是火力發(fā)電機組強迫停機的一個重要原因，而在鍋爐“四管”泄漏中約40%的泄漏原因與吹灰器有關(guān)。

公司現(xiàn)有一期3×220 t/h鍋爐+2×55 MW雙抽汽輪發(fā)電機組、二期2×1 100 t/h鍋爐+2×300 MW雙抽汽輪發(fā)電機組，分別于2005年5月、2009年8月建成投產(chǎn)。5臺鍋爐共有84臺長吹灰器、160臺短吹灰器，吹灰器均布置在墻式受熱面上。2018年7月，#4鍋爐左側(cè)包墻#36長吹灰器讓位彎管下部泄漏（圖1、圖2）。為保障鍋爐安全運行，防止類似事故的再次發(fā)生，對該處泄漏的原因進行了全面分析，找出了泄漏原因，為鍋爐長周期安全、穩(wěn)定運行提供了有力支撐。

1? ? 原因分析

1.1? ? 檢查情況

為了分析泄漏的原因，將#4爐所有長吹灰器下部保溫拆除進行檢查，發(fā)現(xiàn)6臺吹灰器下部讓位管鰭片存在橫向裂紋（圖3），通過分析裂紋走向，初步判斷為熱疲勞裂紋。為驗證判斷，安排長吹灰器的槍管進行了紅外測溫（表1），通過測溫表可以看到，存在裂紋的鰭片與溫度高的槍管存在對應(yīng)關(guān)系，進一步排查發(fā)現(xiàn)溫度高的吹灰器提升閥存在內(nèi)漏缺陷。

1.2? ? 原因分析

通過對長吹灰器槍管進行測溫，判斷裂紋為槍管內(nèi)蒸汽冷凝水流淌至鰭片造成冷熱交替而產(chǎn)生。分析冷凝水流淌原因如下：

1.2.1? ? 長吹灰器疏水坡度問題

部分長吹灰器設(shè)計熱態(tài)時朝鍋爐方向疏水斜度約3‰，導(dǎo)致吹灰器外管、內(nèi)管的冷凝水從爐墻套管內(nèi)流淌而下，造成冷凝水對鰭片形成循環(huán)冷熱交變，最終產(chǎn)生裂紋并擴展。

1.2.2? ? 蒸汽管道設(shè)計問題

當前，大部分電站鍋爐吹灰器蒸汽管道的疏水坡度基本上與汽流方向相反，且設(shè)計時未考慮管道膨脹后對疏水坡度的影響，導(dǎo)致蒸汽管道在熱態(tài)疏水坡度過小或無坡度。

如：公司1 100 t/h鍋爐爐膛最下層長吹灰器標高為40 m，與頂集箱垂直距離23 m，與吹灰蒸汽母管垂直距離23 m，吹灰母管參數(shù)范圍280～310 ℃，包墻管溫度較吹灰母管高40～60 ℃，材質(zhì)均為20G，因溫度差原因包墻管膨脹系數(shù)較吹灰母管大0.6，在吹灰母管垂直段無膨脹π彎時熱態(tài)最下層長吹灰器較吹灰母管多膨脹約14 mm，造成蒸汽管道疏水困難。

1.2.3? ? 閥門嚴密性問題

長吹灰器提升閥嚴密性不合格，每年檢修中未進行全面解體檢修，長期使用后提升閥結(jié)合面泄漏，導(dǎo)致蒸汽冷凝成水流淌至包墻。

2? ? 防范措施

2.1? ? 蒸汽管道

根據(jù)《電廠動力管道設(shè)計規(guī)范》（GB 50764—2012）8.2.3中第6條的規(guī)定，“水平管道的安裝坡度，應(yīng)根據(jù)疏放水和防止汽機進水的要求確定，并計及管道冷、熱態(tài)位移對坡度的影響，蒸汽管道的坡度方向宜與汽流方向一致”。標準中對疏水管道的坡度規(guī)定為“疏水、排污管道：i≥0.003”。

結(jié)合機組檢修，對吹灰器蒸汽管道的疏水坡度進行調(diào)整?？紤]母管中每個分支點與吹灰器膨脹差，使熱態(tài)時疏水坡度符合設(shè)計要求，調(diào)整方法有如下兩種：

（1）疏水坡度與蒸汽流向一致時，在每根支管末端加裝疏水管，確保冷凝水能夠及時排出;

（2）疏水坡度與蒸汽流向不一致時，每根支管的疏水坡度在熱態(tài)時應(yīng)比標準疏水坡度大2‰。

2.2? ? 長吹灰器

根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》及吹灰器廠家相關(guān)技術(shù)圖紙、資料要求，“熱態(tài)運行時，吹灰器朝鍋爐方向疏水斜度應(yīng)≥3‰，以便吹灰槍管和內(nèi)管的冷凝水從噴頭揮發(fā)，避免將冷凝水吹向受熱面”，結(jié)合機組檢修重新調(diào)整長吹灰器坡度，考慮爐墻熱態(tài)膨脹量，確保熱態(tài)時疏水坡度符合圖紙、標準要求。

2.3? ? 提升閥檢修

每年結(jié)合機組檢修，對所有長吹灰器提升閥進行解體檢修，確保提升閥密封嚴密性。

3? ? 結(jié)語

“四管”是電站鍋爐的重要部件，常規(guī)的鍋爐受熱面管防磨防爆檢查是被動消缺方式，應(yīng)對檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷進行深入分析，挖掘缺陷的根本原因，并針對根本原因制定有針對性的整改措施，避免類似缺陷的再次發(fā)生。根據(jù)上述原因分析落實整改后，包墻鰭片熱疲勞裂紋均未再次發(fā)生，為火力發(fā)電廠消除鍋爐“四管”泄漏、維持鍋爐安全經(jīng)濟運行提供了可靠的保障。

[參考文獻]

[1] 電廠動力管道設(shè)計規(guī)范：GB 50764—2012[S].

[2] 魯忠科，李繼江，張富春.電站鍋爐吹灰器及其周圍受熱面出現(xiàn)的問題與處理[J].華北電力技術(shù)，2008（7）：22-24.

收稿日期：2020-06-29

作者簡介：李臣樂（1969—），男，江蘇儀征人，工程師，高級技師，南京化學(xué)工業(yè)園熱電有限公司技術(shù)支持部部長，研究方向：鍋爐、脫硫、壓力容器。