330MW循環(huán)流化床鍋爐低溫再熱器泄漏原因及防控措施研究

侯斐

山西漳電同達(dá)熱電有限公司2×330 MW燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐采用東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的循環(huán)流化床、亞臨界參數(shù)、一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐，鍋爐型號：DG1165/17.5-II 1。其中2號機(jī)組自投產(chǎn)以來共發(fā)生3次鍋爐低溫再熱器泄漏事故。泄漏事故的位置均在低溫再熱器管彎頭與固定塊角焊縫焊趾處，此類事故通常需停爐處理，不利于鍋爐的長周期、穩(wěn)定運(yùn)行，對發(fā)供電及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)影響很大；冬季還造成城市集中供熱暫時(shí)中斷，給廣大采暖用戶的日常生活帶來了諸多不便，嚴(yán)重影響了民生。

1 低溫再熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

低溫再熱器彎管材質(zhì)為12Cr1MoVG，規(guī)格為Φ70×5；固定塊材質(zhì)為ZG1Cr20Ni14Si2；運(yùn)行參數(shù)為450℃、3.7 MPa。支撐塊滿焊在中隔墻管或包墻管上，固定塊滿焊在低溫再熱器彎管上，固定塊通過末端U型槽插在支撐塊上，并留有一定膨脹間隙，見圖1。

圖1 低溫再熱器現(xiàn)場結(jié)構(gòu)

2 泄漏原因分析

因三次泄漏位置和結(jié)構(gòu)都相同，對具有代表性的2015年泄漏部位管樣進(jìn)行宏觀分析和金相組織分析。

2.1 宏觀形貌特征

通過對泄漏管樣宏觀形貌的觀察，其中3#部位為泄漏處，沿焊縫開裂，周圍管壁減薄明顯，未見微裂紋分布。結(jié)合三次低溫再熱器泄漏管的特征及部位，認(rèn)為低溫再熱器固定塊與中隔墻焊接的支撐塊在運(yùn)行過程中由于膨脹受阻，造成低溫再熱器管泄漏，見圖2。

圖2 低再彎管爆管處宏觀形貌

2.2 微觀金相組織

將泄漏處彎管進(jìn)行分段取樣分析，分別對1#、3#部位進(jìn)行金相分析。使用蔡司AxioObserver.Z1m倒置式金相顯微鏡對其進(jìn)行拍照分析，照片見圖3。

圖3 金相照片

經(jīng)金相組織的檢測分析可知：

（1）泄漏處裂紋沿焊縫熔合線的粗晶區(qū)開裂，裂紋附近母材金相組織為鐵素體+珠光體，其組織形態(tài)與固定塊對側(cè)母材、固定塊下方母材以及1#對比管母材基本一致，未見明顯相變和球化現(xiàn)象，說明泄漏原因與管材本身質(zhì)量無關(guān)。

（2）發(fā)現(xiàn)3#裂紋附近細(xì)晶區(qū)組織亦正常，未觀察到裂紋。

2.3 泄漏原因綜合判定

（1）從金相顯微組織觀察發(fā)現(xiàn)泄漏處裂紋沿焊縫熔合線的粗晶區(qū)擴(kuò)展，裂紋附近母材組織為鐵素體+珠光體，其組織形態(tài)與固定塊對側(cè)母材、固定塊下方母材基本一致，未見明顯相變和球化現(xiàn)象，說明泄漏原因與管材本身質(zhì)量無關(guān)。

（2）通過對泄漏管子及其固定塊變形的宏觀形貌的觀察，結(jié)合三次低溫再熱器管子泄漏均在同一側(cè)的特征，認(rèn)為低溫再熱器與中隔墻在鍋爐啟停過程中由于膨脹方向、膨脹量不同，個(gè)別固定塊與支撐塊水平方向間隙過小，使得低再管膨脹受阻，造成低溫再熱器管與固定塊一側(cè)角焊縫熔合線處受拉力撕裂泄漏。

（3）彎管固定塊材質(zhì)為ZG1Cr20Ni14Si2，彎管材質(zhì)為12Cr1MoVG，二者線膨脹系數(shù)相差較大，為異種鋼焊接。焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，此外角焊縫焊趾處應(yīng)力集中較大，且熔合線附近區(qū)域又是角焊縫接頭的最薄弱部位，角焊縫易產(chǎn)生咬邊缺陷。

3 防控措施與應(yīng)用效果

3.1 泄漏的防控措施

（1）對低溫再熱器管彎頭焊接的固定塊與中隔墻焊接的支撐塊水平方向間隙進(jìn)行逐根搖動(dòng)檢查，水平方向有卡澀現(xiàn)象，按照設(shè)計(jì)間隙進(jìn)行修復(fù)，以緩解啟停鍋爐時(shí)膨脹受阻的現(xiàn)狀。

（2）對固定塊與低溫再熱器管角焊縫處表面目視檢查和無損檢查，若有咬邊、裂紋缺陷及時(shí)更換處理。

（3）停爐檢修時(shí)保證低再管排之間的間距卡與定位卡沒有脫落和開焊，使管排完整、間距均勻，從而減小管排的振動(dòng)對低再彎管焊口產(chǎn)生的應(yīng)力，同時(shí)防止管排形成煙氣走廊造成對管子的磨損，保證管排固定塊與支撐塊之間活動(dòng)自如，受熱膨脹時(shí)沒有受阻情況；

（4）運(yùn)行中控制升降負(fù)荷的速度，減小汽流沖擊引起管排振動(dòng)；減少機(jī)組啟停次數(shù)，運(yùn)行中監(jiān)控管壁不超溫，避免低溫再熱器頻繁冷熱膨脹，減小失效風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 實(shí)施效果

（1）停爐檢修時(shí)將泄漏部位附近的管排之間的間距卡割除，用倒鏈將固定塊與支撐塊分離并將管排拉開（留有足夠的檢修空間），對泄漏部位的管子及固定塊更換，對更換的管子焊口進(jìn)行射線檢測合格。

（2）對低溫再熱器固定塊與支撐塊之間的間隙進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重卡澀現(xiàn)象；對固定塊與低溫再熱器管角焊縫進(jìn)行表面檢查，未發(fā)現(xiàn)缺陷。

（3）到目前為止，低溫再熱器運(yùn)行正常，未發(fā)現(xiàn)泄漏情況，左側(cè)與右側(cè)管排運(yùn)行溫差在正常范圍內(nèi)，進(jìn)、出口溫度也在正常運(yùn)行溫度范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

目前循環(huán)流化床鍋爐的低溫再熱器失效泄漏給鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成很大的障礙。通過對循環(huán)流化床鍋爐低溫再熱器的失效分析，制定了科學(xué)、有效的防控措施，經(jīng)運(yùn)行表明有效降低了鍋爐的故障率。