超超臨界鍋爐爐外附屬管道泄漏原因及對策

陳建江 洪道文 王國友 華能玉環(huán)發(fā)電廠,浙江玉環(huán)縣

超超臨界鍋爐爐外附屬管道泄漏原因及對策

陳建江 洪道文 王國友 華能玉環(huán)發(fā)電廠,浙江玉環(huán)縣

對某1000MW超超臨界機組爐外附屬管道泄漏情況進行了總體介紹。并對由于管道交變應(yīng)力產(chǎn)生疲勞裂紋及由于管道布置不當，膨脹受阻產(chǎn)生疲勞裂紋產(chǎn)生原因進行了分析，并提出了解決辦法。

1000 MW超超臨界機組；爐外附屬管道；交變應(yīng)力；膨脹受阻；疲勞裂紋

1000 MW Ultra-supercritical unit; peripheral pipe; alternating stress; expansion blocked; fatigue crack

前言

國內(nèi)某電廠為國產(chǎn)1000MW超超臨界機組電廠，鍋爐由日本三菱公司提供技術(shù)支持，哈爾濱鍋爐廠設(shè)計制造，鍋爐型號：HG-2953/27.46-YM1，為超超臨界變壓運行直流鍋爐，B M C R工況下，主蒸汽參數(shù)605℃，壓力27.4MPa。機組投產(chǎn)后，總體性能良好，運行較為穩(wěn)定。但投產(chǎn)幾年后，鍋爐爐外小管泄漏是在一段時間內(nèi)相對突出的問題之一。近年來，投產(chǎn)的超超臨界機組較多，該類問題往往具有一定的規(guī)律性,本文作相應(yīng)的探討。

1、爐外管道泄漏介紹

鍋爐投產(chǎn)初期在主蒸汽管道取樣管，再熱器管道放空管以及啟動系統(tǒng)小管道先后發(fā)生泄漏。泄漏發(fā)生多次，搶修工作相比爐內(nèi)管道要容易些，采用帶壓堵漏技術(shù)，雖然沒有造成機組停運，但由于處理過程中，需降出力運行，也造成一定的電量、經(jīng)濟損失。同時爐外管道泄漏，對現(xiàn)場工作人員的生命安全構(gòu)成的威脅，是關(guān)系安全生產(chǎn)的重大問題。

1.1 主汽取樣管泄漏

2009年8月21日，檢修人員巡檢發(fā)現(xiàn)＃3爐B側(cè)主蒸汽取樣管處滴水，懷疑取樣管泄露，拆保溫檢查發(fā)現(xiàn)B側(cè)主蒸汽管固定端側(cè)蒸汽取樣接管座泄露，標高77.4米，裂紋處位于焊縫靠近接管側(cè)處的熱影響區(qū)，為橫向裂紋，位于接管座上部位置，長度約周長的三分之一。

圖1 鍋爐主汽取樣管泄漏全景和泄漏點

取樣管子規(guī)格，φ 32×9，材質(zhì)，接管座材質(zhì)SA-213T91，取樣管外接管子材質(zhì)SA-213T92。如圖2。

圖2 鍋爐主汽取樣管 示意圖

1.2 高再放空管泄漏

2009年9月9日，#4鍋爐在正常運行中，巡檢人員發(fā)現(xiàn)爐右側(cè)高再 蒸汽管道有蒸汽冒出，拆去保溫，發(fā)現(xiàn)在防空管角焊縫部位有1/ 3左右橫向裂紋。確認是高再放空管泄漏。高再蒸汽管道規(guī)格φ 813×60，材質(zhì)A691GrP91，高再放空管φ 51×7，SA-213t91,管接座連接采用插入式焊接，沒有過渡（加強）接頭。

圖3 高再防空管泄漏及現(xiàn)場搶修情景

1.3、鍋爐爐水循環(huán)泵溢流水管泄漏

2010年6月18日，巡檢人員在對設(shè)備啟動后運行狀況檢查時發(fā)現(xiàn)#3鍋爐爐水循環(huán)泵溢流入口管發(fā)生泄漏，見圖4。隔離該段爐水泵，割除泄漏焊口部位，重新對口焊接，消缺完成后，恢復啟動系統(tǒng)備用。泄漏焊口為異種鋼SA-213T12與1Cr18Ni9Ti對接焊口，管子規(guī)格φ38×6。

圖4 鍋爐爐水循環(huán)泵溢流水管泄漏和該焊口附近橫向裂紋

1.4 高再放空管微裂紋

2010年10月#1鍋爐C修檢查發(fā)現(xiàn)高再放空管微裂紋，在檢修過程中進行項目檢查時，發(fā)現(xiàn)高再出口爐左側(cè)蒸汽管道放空管有縱向微裂紋，在取出管接座后，裂紋已延伸到蒸汽管道。見圖5。

圖5 高再放空管微裂紋和現(xiàn)場檢修情況

2、泄漏原因分析及對策

產(chǎn)生上述爐外管道泄漏和微裂紋的主要原因有：一，基建階段，制造、設(shè)計及施工環(huán)節(jié)對爐外管道考慮欠周；二、對于這些爐外管道的焊接，在焊接工藝，焊接過程控制和焊后熱處理等環(huán)節(jié)存在部分問題，導致焊口存在局部的質(zhì)量問題；三、部分放空管道布置不合理，存在疏水倒流現(xiàn)象，導致角焊縫部位交變應(yīng)力現(xiàn)象，產(chǎn)生疲勞裂紋，引起小管道泄漏；四；較為普遍的情況，管道布置不規(guī)范，管道膨脹受阻，在角焊縫處存在應(yīng)力超標情況。下面重點對上述第三、四條存在情況進行分析。

2.1 交變應(yīng)力產(chǎn)生疲勞裂紋

以高再放空管為例，原設(shè)計從操作方面和布置美觀考慮，所有放空管操作閥門布置在同一位置，見圖6。

圖6 布置于爐頂?shù)姆趴展艿啦僮髌脚_

圖7 高再放空管道改進前后布置方式

這種布置，對設(shè)備運行留下了隱患，鍋爐在運行過程中，由于一次閥位置離蒸汽管道距離較遠，那么高溫蒸汽在放空管道長時間停留，由于放空管道的散熱損失，放空管道內(nèi)蒸汽冷卻，冷凝水回流至蒸汽管道，那么在冷凝水回流過程中，放空管角焊縫位置，產(chǎn)生交變應(yīng)力，導致產(chǎn)生疲勞裂紋。裂紋擴展最終發(fā)生泄漏。

處理方法：在分析產(chǎn)生裂紋原因之后，將放空管一次閥移位至蒸汽管道旁邊。改進前后布置方式見圖7。由于一次閥在正常運行時長期在關(guān)閉狀態(tài)，消除了冷凝水產(chǎn)生條件。在放空管角焊縫位置，溫度變化消失，熱應(yīng)力消除。改造后，該問題得到根治。

2.2 膨脹受阻產(chǎn)生疲勞裂紋

對#3鍋爐2009年8月21日，產(chǎn)生貫穿裂紋的主汽取樣管取樣分析，從解剖樣品看，外壁均存在裂紋源，裂紋性質(zhì)是Ⅳ型、Ⅰ型（導致貫穿泄漏的是Ⅳ型）。

依據(jù)分析，管系應(yīng)力作用在接管最外表，內(nèi)壁是應(yīng)力最小的地方，Ⅳ裂紋源萌生點在管子厚度中間細晶區(qū)域。

采用專業(yè)計算軟件對接管的應(yīng)力狀態(tài)計算，分別對該主汽A管道X側(cè)(右)及－X側(cè)取樣管進行管系應(yīng)力分析，結(jié)果見表1。

主蒸汽管道X側(cè)取樣管一次應(yīng)力合格，取樣管最大一次應(yīng)力在焊縫處；取樣管二次應(yīng)力不合格，最大二次應(yīng)力在連接大小頭的焊縫處，與大小頭連接的水平段至垂直段范圍的取樣管二次應(yīng)力均嚴重超標。

主蒸汽管道－X側(cè)取樣管一次、二次應(yīng)力均合格，最大一次、二次應(yīng)力在連接大小頭的焊縫處。

X側(cè)取樣管是由于管子及支吊架布置不佳引起的高應(yīng)力蠕變失效，管子布置柔性不足，由熱膨脹及端點附加位移造成管子二次應(yīng)力過高，連接大小頭的焊縫區(qū)域是最高應(yīng)力區(qū)，焊縫及熱影響區(qū)是薄弱環(huán)節(jié)，裂紋由此處產(chǎn)生而泄漏。由受力情況可知，裂紋源大約在鐘表10點到11點的區(qū)間。

表1 主蒸汽取樣管最大應(yīng)力計算表

處理方法：增加管系柔性及優(yōu)化支吊架布置是降低管系應(yīng)力的有效途徑，根據(jù)現(xiàn)場空間及梁柱位置設(shè)計管系支吊架布置，根據(jù)管系應(yīng)力分析得出的優(yōu)化管系支吊架布置進行整改，確保應(yīng)力合格。

通過對全部的主蒸汽附屬接管一次全面普查和消缺，從主管應(yīng)力、附屬接管應(yīng)力、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、焊接熱處理控制等因素著手，確保了爐外小管的安全運行。

3、結(jié)語

導致超超臨界鍋爐爐外附屬管道裂紋，泄漏具有一定的規(guī)律性；發(fā)生的地方主要為爐外小管的焊縫熱影響區(qū)，爐外小管異種鋼SA-213T12與1Cr18Ni9Ti的對接焊口等；部分放空管道布置不合理，存在疏水倒流現(xiàn)象，在角焊縫部位存在交變應(yīng)力從而產(chǎn)生疲勞裂紋，引起小管道泄漏；管道布置不夠規(guī)范，管道膨脹受阻，在角焊縫處存在應(yīng)力超標情況。

通過查找產(chǎn)生爐外附屬管道產(chǎn)生裂紋及泄漏的原因，找出相應(yīng)解決問題的方法，消除產(chǎn)生問題的根源。為其他同類和新建機組的設(shè)計運行及檢修，提供了重要經(jīng)驗。

[1]防止電力生產(chǎn)安全重大事故的二十五項重點要求.國電發(fā)[2000]589號

[2] Takashi Watanabe, Masaaki Tabuchi, Masayoshi Yamazaki, Hiromichi Hongo, Tatsuhiko Tanabe, “ Creep damage evaluation of 9Cr-1Mo-V-Nb steel welded joints showing type IV fracture”, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol.83, 2006, pp. 63-71

[3]劉純，陳紅冬. 湖南省300MW以上機組爐外管道存在的問題.熱力發(fā)電.2007年(11) 36卷，11期

[4]黃瑾.爐外管爆漏與預(yù)防.電力安全技術(shù). 2004年1期

Analysis and Treatment of peripheral pipe failure in Ultra-supercritical boiler

Chen Jian-jiang Hong Dao-wen Wang Guo-You
Huaneng Yuhuan Power Plant

The overall situation of peripheral pipe failures were introduced in a 1000MW Ultra-supercritical power plant. And more general issues of material generated as fatigue cracks from alternating stress, and blocked expansion from the piping arrangement unproperly were analyzed, an’d sit solutions were proposed..

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.061

陳建江（1967年7月－ ）男，浙江 上虞人 高級工程師，從事電廠鍋爐專業(yè)工作。