1025 t/h鍋爐定排接管座斷裂原因分析

郝云馮 胡玲玲

（1.湖北省電力建設第二工程公司 武漢 2.中南電力設計院 武漢）

一、前言

電站鍋爐在運行中受到鍋爐負荷、給水量、給水溫度多種因素影響，汽包水位難免產生波動。對于1025t/h大型鍋爐，更要保證其汽包水位在正常范圍內，以避免滿水事故或泡沫共騰現象的發生。因此，電站鍋爐汽包一般設置有事故放水管，當出現汽包滿水事故或泡沫共騰時，緊急排放汽包內存水，迅速穩定水位。在打開事故放水門后，大量飽和蒸汽通過放水管進入定期排污擴容器擴容降壓后，蒸汽由定排擴容器頂部排汽管排入大氣，水則從定排擴容器底部排污管排入地溝，定期排污擴容器的作用是降低噪聲和保證安全。

二、斷管前工況

1.斷管位置

接管座斷裂發生在汽包放水與定期排污擴容器的接管座連接處。斷管前，機組負荷320 MW，主蒸汽壓力18.2 MPa，主蒸汽流量1154.89 t/h，因汽包水位高，運行人員打開汽包事故放水門放水，放水過程中，定期排污擴容器管道接管座處爆管。

2.損壞情況

（1）汽包事故放水至定期排污擴容器管從接管座法蘭后斷裂，其支架及管道均產生嚴重扭曲和變形。

（2）汽機輔汽疏水母管疏水管至定期排污擴容器進口聯箱管道斷裂，并扭曲變形嚴重。

3.原因分析

（1）定期排污擴容器接管座處管道結構滿足不了極端運行工況下的要求。汽包設計壓力20.06 MPa，工作溫度364℃，事故放水管規格為Φ133 mm×10 mm，材料20G，定期排污擴容器接管座處管道規格為Φ133 mm×6 mm，材料為20號鋼，定期排污擴容器壁厚14 mm，材料20號鋼，設計壓力1 MPa。對定期排污擴容器接管座處管道壁厚校核。

計算參數P=20.06 MPa，t=364℃，管道規格Φ133 mm，材料20號鋼。根據《火力發電廠汽水管道設計技術規定》進行壁厚計算，壁厚計算公式見式（1）。

式中Sm——支管最小壁厚，mm

D0——管子外徑，取公稱外徑，mm，本例取133 mm

Y——溫度對計算管子壁厚公式的修正系數，對于鐵素體鋼，482℃及以下時Y＝0.4

η——許用應力修正系數，對于無縫鋼管η=1

a——腐蝕和磨損裕度，mm。對于高壓加熱器疏水管道，給水再循環管道，排污管道和工業水管道，腐蝕和磨損裕度可定為2mm

C——直管壁厚負偏差的附加值，mm，C=A×Sm，在此A取0.1

根據《火力發電廠汽水管道設計技術規定》查表得，20號鋼在 t＝364 ℃時[σ]t=96 MPa；將以上數據代入式（1）計算得S=16.3 mm。而定期排污擴容器接管座處的設計壁厚僅為6 mm，遠遠小于運行工況壁厚要求。雖然當事故放水門打開后，系統有一個卸壓減溫的效果，定期排污擴容器接管座實際承受的溫度＜364℃，壓力＜20.06 MPa的校核值，但由于事故放水管的飽和蒸汽進入定期排污擴容器擴容降壓后必然產生很大的反沖擊力，所以定期排污擴容器接管座處這一區域所受的應力最集中，此處本應得到加強，但實際此處的管壁卻最薄，材料且為普通的20號鋼，所以滿足不了系統運行的要求。

（2）管道支吊架安裝不合理。鍋爐汽包放水的時間短，管道得不到充分的暖管和排空、疏水，管道很容易受到水沖擊，熱應力大，造成管道振動大。放水管支吊架設計為恒力吊架，不能完全控制管道的振動，在放水管至定期排污擴容器接管座處容易產生微量疲勞裂紋。特別在鍋爐汽包多次事故放水后，接管座處的振動疲勞裂紋加大，使接管座處的裂紋加大，最終導致放水管斷裂，放水管斷裂后，飛出的斷裂管打斷汽機輔汽疏水母管至定期排污擴容器的管道（管道規格為Φ76 mm×6 mm，材料20號鋼）。

（3）定期排污擴容器接管座與定期排污擴容器的焊接強度不符合要求。檢修人員拆開定期排污擴容器接管座，挖開定期排污擴容器的加強板后，發現接管座僅與加強板相焊接，未與定期排污擴容器壁焊接，焊接強度不足。

三、處理方案

（1）全面檢查定期排污擴容器附近其他可能被蒸汽吹掃的管道和定期排污擴容器的各接管座，沒有發現異常情況。

（2）對斷裂和變形的兩根管道予以更換，取消事故放水管進定期排污擴容器接管處的連接法蘭，將接管座處Φ133 mm×6 mm，材料20鋼的管道，更換為Φ133 mm×10 mm，材料20G的管道，并對更換部件的材料進行光譜檢查，將事故放水管與接管座直接焊接連接，接管座與定期排污擴容器焊接牢固。焊接時采用氬弧焊打底，電焊蓋面，并與加強板焊接。

（3）在事故放水管進定期排污擴容器接管座根部均布焊接4塊三角形加強筋（δ=8 mm，200 mm×100 mm，材料 Q235），如圖1所示。

圖1 加強筋安裝圖

（4）將事故放水管支吊架從爐前至定期排污擴容器的水平管道部分由恒力吊架改為導向滑動支架，以限制管道的擺動，支架形式如圖2所示。

（5）在事故放水管進定期排污擴容器之前的管道上增加一限位支架，如圖3所示。

（6）對被蒸汽吹損的管道、容器保溫進行修復處理。

（7）對其他幾臺鍋爐的定期排污擴容器拆開保溫檢查，雖未發現裂紋，但還是在接管座根部定期排污擴容器上焊接Φ500 mm的加強板（δ=10 mm，材料 Q235），同時在接管座根部焊接加強筋，同時在機組大修過程中將接管座Φ133 mm×6 mm，材料20號鋼的管道更換為Φ133 mm×10 mm，材料20G的管道。

圖2 導向滑動支架圖

圖3 限位支架圖

四、結論與建議

（1）加強管道與壓力容器聯結處的質量監督。壓力容器為廠家設計制造，一般未考慮到管道的承壓能力（定期排污擴容器壁厚14 mm，材料20號鋼，設計壓力1 MPa），而管道與壓力容器聯結處又為系統的最薄弱處，所以在高壓管道與低壓容器連接時應特別注意加強連接處部分強度校核，以滿足整個系統的運行要求。

（2）加強管道和管道支吊架的檢查工作。在日常的檢修維護工作中應經常檢查管道是否有振動現象，管道的支吊架是否有受損、膨脹受到限制的現象，發現隱患立即處理。

（3）加強部件的金屬監督。對更換管道的材料進行光譜檢查（事故放水管和定期排污擴容器接管座：Φ133 mm×10 mm，材料20G），所有焊接工作完成后，對所有焊接接頭進行100%的自檢，50%的專檢，50%的超聲波探傷，并有檢驗報告。