燃煤發電鍋爐疏水管座泄漏原因及優化布置

陳 捷，陸 云，李 駒

（1.上海外高橋發電有限責任公司，上海 200137；2.國網上海市電力公司電力科學研究院，上海 200437）

隨著電力工業的高速發展，大容量、高參數機組投建愈來愈多。由于發電鍋爐過熱器、再熱器等設備運行環境惡劣、負荷變化大、啟動頻繁等原因，經常發生泄漏現象，造成機組“非停”現象。近年來，鍋爐設備大管道上的疏水管，尤其是一次安全門前的管座焊口，承受著主管道相同的溫度和壓力，由于其焊接質量、結構應力的原因造成焊口開裂，發生蒸汽泄漏，嚴重影響機組及人員安全。

1 發電鍋爐疏水管座目前檢查情況

上海某發電廠2013年3月對5B02一級熱器集箱上疏水管角焊縫進行檢查，前側集箱A→B第1根疏水管角焊縫處外漏（環向、1／3圈，爐前看3點位置，見圖1），擴大檢查發現后側集箱A→B第1、3根疏水管角焊縫裂紋（環向、1／3圈，均位于爐前看3點位置），挖補處理。其余疏水管樁頭管座角焊縫MT檢查（3個）無異常情況。

圖1 疏水管角焊縫裂紋1

2014年1月，由于一級過熱器疏水管角焊縫泄漏，造成5號爐5T1401調停檢修。經檢查發現，前側集箱A→B第3根疏水管角焊縫處外漏（環向，1／3圈，爐前看9點位置），見圖2。后經相關專家討論后，一致同意將前／后側集箱A→B第1、3根全部更換為加強型樁頭管座，見圖3。

上述兩次泄漏點都是在疏水管角焊縫于熔合線處開裂（靠近疏水管測），均為周向裂紋。從裂紋的位置來看（爐前方向看），均為靠近3點或9點位置，即裂紋位置產生于管座的左右側方向，及沿著集箱本體軸線方向。在集箱系統中的管系布置如圖4所示。

圖2 第3根疏水管角焊縫裂紋

圖3 更換后疏水管角焊縫

圖4 外漏及檢查發現疏水管角焊縫位置1

2012年11月，上海某電廠6號爐一級過熱器后側集箱A側往B側數第3根疏水管角焊縫發生泄漏，造成機組停機搶修。經過檢查，發現該處疏水管座角焊縫存在系環向裂紋（1／3圈，爐前看9點位置）見圖5，后經挖補處理。

圖5 疏水管角焊縫裂紋現場照

2013年9月，6號爐6T07調停檢修，一級過熱器后側集箱A→B第1根疏水管角焊縫處外漏（環向，1／3圈，爐前看3點位置），其余滲透探傷檢查發現前側集箱A→B第1根表面裂縫（環向，1／5圈，深度1mm，爐前看9點位置）、前側集箱A→B第3根表面裂縫（環向，1／5圈，深度2mm，爐前看3點位置）、后側集箱A→B第3根表面裂縫（環向，1／5圈，深度1mm，爐前看3點位置）；后經挖補處理。如圖6所示。在集箱系統中管系布置如圖7所示。

圖6 疏水管角焊縫裂紋現場照

圖7 外漏及檢查發現疏水管角焊縫位置2

2 疏水管管座泄漏原因分析

從上述的實際案例可以看出，管座角焊縫泄漏點都是在疏水管角焊縫于熔合線處開裂（靠近疏水管測），均為周向裂紋。從裂紋的位置來看（爐前方向看），均為靠近3點或9點位置，即裂紋位置產生于管座的左右側方向，及沿著集箱本體軸線方向。綜合各方面的考慮，主要由于過熱器集箱本身的熱膨脹、冷收縮的應力與啟停時的振動應力交互、共同作用下而導致管口焊縫開裂。

（1）通常機組啟動時，集箱本體受熱后產生一個沿集箱軸線方向兩端膨脹的熱應力。（集箱本體徑向應力方向也存在，由于力的方向對管座焊縫影響不大），且該膨脹應力沿集箱軸線向兩端傳遞，越到集箱兩端面，熱膨脹應力越大（中間的疏水管座均未發生開裂現象也是一個佐證）。對疏水管座來而言，在其管座的3點或9點的位置產生一個拉應力和壓應力。（停機時應力分布情況和啟動時剛好相反，反復啟動和停機就產生這樣一個交變應力作用）。

（2）該疏水管的擾度不夠。當集箱本體在膨脹和收縮時，如果疏水管子的長度或彎頭足夠多和足夠長，管子就可以隨著集箱一起自由膨脹和收縮，消除一部分膨脹應力，使其應力分布達到一個允許的范圍內。即管系擾度足夠，就可以避免。

（3）開裂的管座均位于集箱的兩端，即蒸汽的進口處。啟停時，兩端氣流的振動產生的各個方向的振動應力也是管座疲勞開裂重要原因之一。

3 防范措施及優化布置

3.1 采用加強型樁頭管座

與原有管座相比較，采用加強型樁頭管座有許多優點：（1）管座內徑保持不變，壁厚由原來的8mm增加至23mm，管座處材料的強度大大增加，其抗裂性能隨之增加。（2）中間過渡段可以增加管段的擾度，有利于焊接、熱處理和無損檢測。對接焊縫與管座焊口之間的直管段盡可能長，管段大小過渡段的斜邊盡可能長。采用該種方式進行改造后，截止目前電廠的該處疏水管座未發現泄漏現象（見圖3）。

3.2 改變管系的走向，增加整體管系的擾度，減小應力集中區域

該疏水管的擾度不夠。當集箱本體在膨脹和收縮時，如果疏水管的長度或彎頭足夠多和足夠長，管子就可以隨著集箱一起自由膨脹和收縮，消除一部分膨脹應力，使其應力分布達到一個允許的范圍內。即擾度足夠，就可以避免。

由于集箱與疏水端有較大溫度偏差，經查閱圖紙、材料手冊和實際運行數據得出，鍋爐在滿負荷運行時，過疏水管膨脹量達11.84mm。由于在機組啟停時，周期變化的熱應力集中，容易產生疲勞裂紋。將D1、D3管座角焊縫結合現場實際情況，進行設計上改造。如圖8，圖9所示。

圖8 疏水管優化布置示意圖1

圖9 疏水管優化布置示意圖2

通過該種優化布置的方法，將原先直角彎處進行集中應力釋放，在對管座重新打磨堆焊的基礎上，加裝π型彎頭，增強管道柔性，減少應力應力集中。截止目前，設備沒有發生再次泄漏情況。