660 MW機組過熱器出口聯箱疏水管焊縫開裂原因分析及處理措施

張玉軍，張節信

(華能邯峰發電廠，河北 邯鄲 056200)

1 焊縫開裂情況

華能邯峰發電廠一期工程安裝了2臺660 MW的燃煤發電機組，鍋爐為亞臨界壓力、一次中間再熱、平衡通風、“W”火焰、固態排渣、Π型布置、單汽包自然循環煤粉爐。2臺機組分別于2001年3月和2001年9月投入商業運行。鍋爐過熱器設計了2個出口聯箱，出口聯箱南北方向布置。每個出口聯箱設計有2個疏水管座和1根疏水母管，2根疏水母管并排布置，從鍋爐南側引出。在機組正常運行期間，空氣預熱器蒸汽吹灰器的吹灰汽源取自過熱器2個出口聯箱的疏水母管。過熱器出口聯箱材質為SA 335 P22，規格為φ736.6 mm×124.5 mm；聯箱疏水管座材質:SA 336 F22；疏水管材質為SA 335 P22，規格為φ48.3 mm×10.2 mm。機組額定負荷下，過熱器出口蒸汽參數為16.69 MPa，540.8 ℃。

2010年3月,2號機組檢修時，位于爐前的過熱器出口聯箱南側的疏水管座與疏水管間連接焊縫的熱影響區半周開裂，如圖1所示。

圖1 焊縫開裂位置

檢查發現過熱器出口聯箱疏水母管位于爐外的一處滑動支撐處存在膨脹受阻的問題，初步分析認為焊縫開裂是因為疏水母管在熱態時膨脹受阻，疏水管與管座連接焊縫處產生較大的熱應力引起的。為消除疏水母管膨脹受阻的缺陷，對開裂的疏水管焊縫進行了恢復。2011年2月,1號機組檢修時，發現1號鍋爐過熱器出口聯箱同一位置的焊縫熱影響區也出現了同樣的開裂問題，檢查各處未發現膨脹受阻問題。

2 焊縫開裂原因分析

2.1 交變熱應力

通過查閱資料和現場確認發現，過熱器出口聯箱及其疏水立管在2個聯箱北側設計了膨脹死點，出口聯箱熱態時南北方向上向南側的膨脹值為158 mm。同一出口聯箱上2個疏水管座間水平疏水母管的長度約為34 m，2個管座間的疏水母管上設計有多個U形膨脹彎，用于補償出口聯箱和2個疏水管座間疏水母管的膨脹差。在空氣預熱器不吹灰時，疏水母管內為靜態蒸汽，疏水母管的溫度較出口聯箱溫度低，此時聯箱疏水管座與疏水管間的連接焊縫的熱應力狀態基本不發生變化。但是空氣預熱器每天至少進行3次吹灰，空氣預熱器吹灰時，疏水管內有過熱蒸汽流動，出口聯箱2個疏水管座間的疏水母管的溫度水平與出口聯箱相當，疏水母管會膨脹伸長，使聯箱疏水管座與疏水管間連接焊縫的熱應力發生變化；當空氣預熱器吹灰結束后，隨著疏水母管溫度逐漸降低，疏水母管會收縮，再次引起聯箱疏水管座與疏水管間連接焊縫的熱應力發生變化。因為出口聯箱北側的疏水立管設計為膨脹死點，所以這一熱應力的變化主要作用在出口聯箱南側的疏水立管與管座間的連接焊縫上。由此可見，2個出口聯箱南側的疏水立管與管座間的連接焊縫在機組運行期間承受著低周交變熱應力的作用，若這一交變熱應力較大，在長期的作用下，焊縫就會疲勞開裂。從焊縫裂紋金相電鏡掃描照片(見圖2)可以看出，焊縫起裂處明顯存在疲勞特征。

圖2 裂紋金相電鏡掃描照片

2.2 疏水管結構

從焊縫發生開裂的疏水管的結構可以看出:疏水管座與疏水管間的連接焊縫位于最小截面處，結構本身就容易產生應力集中；疏水管座與疏水母管間的連接管段太短，對出口聯箱和2個疏水管座間疏水母管熱膨脹差的補償能力不足。

3 處理措施及效果

針對應力集中問題，對疏水管與管座的連接焊縫結構進行了改造(如圖3所示)，去掉疏水管座與疏水管間的插焊連接套管，改為對接焊接結構，最大限度地緩解焊縫處的應力集中問題。

圖3 改造后的焊縫結構

檢查發現位于爐后的另一個出口聯箱南側的疏水管管座與疏水母管間的連接管上存在3個90°彎頭，而且還有約3 m長的直管段，相同位置的焊縫未發現問題。分析認為熱態時，連接管上的彎頭和較長的直管段的變形補償了出口聯箱和2個疏水管座間疏水母管的部分膨脹差，使疏水管與管座間的連接焊縫承受的低周交變熱應力大幅減小。因此，該疏水管與管座間的連接焊縫未出現疲勞開裂的問題。于是對焊縫發生開裂的疏水管進行了改造(如圖4所示)，在疏水管座與疏水母管間的連接管上設計了一個U形彎和較長的直管段，以最大限度地減小連接焊縫承受的交變熱應力，防止焊縫疲勞開裂。

圖4 改造后的疏水連接管結構

4 結束語

由于電廠鍋爐聯箱疏水管與管座間的連接焊縫及管道結構設計不合理、運行期間承受較大交變熱應力作用等原因，存在開裂泄漏的隱患，通過對其焊縫及管道結構進行優化改造，可以最大限度地減小焊縫承受的交變熱應力，消除泄漏隱患。