墻式受熱面管鰭片疲勞裂紋失效分析及防范措施

摘? 要：針對電站鍋爐墻式受熱面疲勞缺陷，從設計、安裝、運行及檢修等角度對墻式受熱面疲勞裂紋進行深度分析，提出了具有針對性的改進措施，通過實踐驗證，其效果明顯。

關鍵詞：墻式受熱面;冷凝水;熱疲勞裂紋

0? ? 引言

電站鍋爐作為火力發電廠中三大主機設備之一，其安全穩定運行直接影響著電廠的安全生產和經濟效益。根據國內火力發電廠“四管”泄漏分析的統計結果，以江蘇省電網調度統計數據為例，近六年江蘇省火電機組金屬部件失效導致異常停機次數占所有異常停機次數的28%～38%，其中鍋爐“四管”泄漏造成的事故占金屬部件失效的70%～80%。可以說，鍋爐“四管”泄漏是火力發電機組強迫停機的一個重要原因，而在鍋爐“四管”泄漏中約40%的泄漏原因與吹灰器有關。

公司現有一期3×220 t/h鍋爐+2×55 MW雙抽汽輪發電機組、二期2×1 100 t/h鍋爐+2×300 MW雙抽汽輪發電機組，分別于2005年5月、2009年8月建成投產。5臺鍋爐共有84臺長吹灰器、160臺短吹灰器，吹灰器均布置在墻式受熱面上。2018年7月，#4鍋爐左側包墻#36長吹灰器讓位彎管下部泄漏（圖1、圖2）。為保障鍋爐安全運行，防止類似事故的再次發生，對該處泄漏的原因進行了全面分析，找出了泄漏原因，為鍋爐長周期安全、穩定運行提供了有力支撐。

1? ? 原因分析

1.1? ? 檢查情況

為了分析泄漏的原因，將#4爐所有長吹灰器下部保溫拆除進行檢查，發現6臺吹灰器下部讓位管鰭片存在橫向裂紋（圖3），通過分析裂紋走向，初步判斷為熱疲勞裂紋。為驗證判斷，安排長吹灰器的槍管進行了紅外測溫（表1），通過測溫表可以看到，存在裂紋的鰭片與溫度高的槍管存在對應關系，進一步排查發現溫度高的吹灰器提升閥存在內漏缺陷。

1.2? ? 原因分析

通過對長吹灰器槍管進行測溫，判斷裂紋為槍管內蒸汽冷凝水流淌至鰭片造成冷熱交替而產生。分析冷凝水流淌原因如下：

1.2.1? ? 長吹灰器疏水坡度問題

部分長吹灰器設計熱態時朝鍋爐方向疏水斜度約3‰，導致吹灰器外管、內管的冷凝水從爐墻套管內流淌而下，造成冷凝水對鰭片形成循環冷熱交變，最終產生裂紋并擴展。

1.2.2? ? 蒸汽管道設計問題

當前，大部分電站鍋爐吹灰器蒸汽管道的疏水坡度基本上與汽流方向相反，且設計時未考慮管道膨脹后對疏水坡度的影響，導致蒸汽管道在熱態疏水坡度過小或無坡度。

如：公司1 100 t/h鍋爐爐膛最下層長吹灰器標高為40 m，與頂集箱垂直距離23 m，與吹灰蒸汽母管垂直距離23 m，吹灰母管參數范圍280～310 ℃，包墻管溫度較吹灰母管高40～60 ℃，材質均為20G，因溫度差原因包墻管膨脹系數較吹灰母管大0.6，在吹灰母管垂直段無膨脹π彎時熱態最下層長吹灰器較吹灰母管多膨脹約14 mm，造成蒸汽管道疏水困難。

1.2.3? ? 閥門嚴密性問題

長吹灰器提升閥嚴密性不合格，每年檢修中未進行全面解體檢修，長期使用后提升閥結合面泄漏，導致蒸汽冷凝成水流淌至包墻。

2? ? 防范措施

2.1? ? 蒸汽管道

根據《電廠動力管道設計規范》（GB 50764—2012）8.2.3中第6條的規定，“水平管道的安裝坡度，應根據疏放水和防止汽機進水的要求確定，并計及管道冷、熱態位移對坡度的影響，蒸汽管道的坡度方向宜與汽流方向一致”。標準中對疏水管道的坡度規定為“疏水、排污管道：i≥0.003”。

結合機組檢修，對吹灰器蒸汽管道的疏水坡度進行調整。考慮母管中每個分支點與吹灰器膨脹差，使熱態時疏水坡度符合設計要求，調整方法有如下兩種：

（1）疏水坡度與蒸汽流向一致時，在每根支管末端加裝疏水管，確保冷凝水能夠及時排出;

（2）疏水坡度與蒸汽流向不一致時，每根支管的疏水坡度在熱態時應比標準疏水坡度大2‰。

2.2? ? 長吹灰器

根據《火力發電廠設計規范》及吹灰器廠家相關技術圖紙、資料要求，“熱態運行時，吹灰器朝鍋爐方向疏水斜度應≥3‰，以便吹灰槍管和內管的冷凝水從噴頭揮發，避免將冷凝水吹向受熱面”，結合機組檢修重新調整長吹灰器坡度，考慮爐墻熱態膨脹量，確保熱態時疏水坡度符合圖紙、標準要求。

2.3? ? 提升閥檢修

每年結合機組檢修，對所有長吹灰器提升閥進行解體檢修，確保提升閥密封嚴密性。

3? ? 結語

“四管”是電站鍋爐的重要部件，常規的鍋爐受熱面管防磨防爆檢查是被動消缺方式，應對檢查發現的缺陷進行深入分析，挖掘缺陷的根本原因，并針對根本原因制定有針對性的整改措施，避免類似缺陷的再次發生。根據上述原因分析落實整改后，包墻鰭片熱疲勞裂紋均未再次發生，為火力發電廠消除鍋爐“四管”泄漏、維持鍋爐安全經濟運行提供了可靠的保障。

[參考文獻]

[1] 電廠動力管道設計規范：GB 50764—2012[S].

[2] 魯忠科，李繼江，張富春.電站鍋爐吹灰器及其周圍受熱面出現的問題與處理[J].華北電力技術，2008（7）：22-24.

收稿日期：2020-06-29

作者簡介：李臣樂（1969—），男，江蘇儀征人，工程師，高級技師，南京化學工業園熱電有限公司技術支持部部長，研究方向：鍋爐、脫硫、壓力容器。