国电宣威发电有限责任公司＃8炉再热器管泄漏原因分析及处理

哈尔滨电气 · 发表于 2007-8-15 17:13:43

耿承亮 （国电宣威发电有限责任公司生产技术部云南宣威 655400） 摘要 :针对国电宣威发电有限责任公司＃7、＃8炉高温再热器、屏式再热器每次停运后进行气密性试验期间，高温再热器管和屏式再热器管与顶棚密封板的焊接焊缝处多次发生泄漏的问题 ,经运行观察和对泄漏管子分析，认为顶棚密封的刚性结构、再热器管子材料金属机械性能相对较差 ,再热器管子与顶棚密封的焊接质量较差等是造成再热器管发生泄漏的主要原因。在＃8炉A级检修期间采用改装定位密封板、加装套管等相应措施对再热器顶棚密封结构进行了针对性改造 , 改造工作安全、顺利完成 ,达到了预期的目的。 关键词 : 锅炉再热器管世漏再热器顶棚密封结构 1、设备概况 国电宣威发电有限责任公司#8机组主机设备为：（1）武汉锅炉厂生产的型号为WGZ/1025/18.24—4型压临界自然循环汽包锅炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、半露天岛式布置、钢结构、燃用宣威地区烟煤、煤粉锅炉、固态排渣。（2）东方气轮机厂生产的型号为N300—16.7/537/537—6型、单轴、双缸双排汽，高中压合缸中间再热凝汽式气轮机。（3）东方电机厂生产的型号为QFSN—300—2—20、额定功率300MW、额定容量353MVA发电机。 #8锅炉制粉系统采用国产中速磨煤机直吹式制粉系统，配有5台磨煤机；原设计装有两台三电场静电除尘器，除尘器设计效率为99%，与#7锅炉共用一座210m高的烟囱，出口直径为7.5m；采用脱水仓水力出渣系统和干式气力输灰系统，厂内设有终端灰库，用汽车将灰渣运至灰场存储。 ＃8锅炉机组额定参数为：额定蒸发量1025t/h；再热蒸汽流量849.4 t/h；汽包压力19.61 MPa；过热蒸汽出口压力 18.24MPa,过热蒸汽温度 541 ℃ , 再热蒸汽进 / 出口压力 3.82/ 3.62MPa, 再热蒸汽进 / 出口温度 321.9/541 ℃ , 给水温度 278 ℃。 从炉膛顶部往水平烟道方向分别布置有前屏过热器、后屏过热器、屏式再热器、高温再热器、高温过热器、低温过热器、省煤器、水平烟道及竖井烟道上部布置有顶棚过热器、水平烟道及竖井烟道侧、后部布置有包墙过热器。所有受热面管 ( 前屏过热器、后屏过热器、屏式再热器、高温再热器、高温过热器 ) 向上穿过顶棚过热器与布置在炉顶上部大罩壳内的各种蒸汽联箱相连 , 为防止 炉内烟气外漏 , 在所有受热面管与顶棚管之间布置有防止烟气外漏的全密封结构。 锅炉上部水平烟道受热面布置情况示意见图一 炉前前屏过热器后屏过热器屏式再热器高温再热器炉后高温过热器

哈尔滨电气 · 发表于 2007-8-15 17:15:22

[Post=40] 2、再热器的布置及泄漏情况
屏式再热器和高温再热器的布置见图 1。 屏式再热器、高温再热器与烟气之间的布置方式为顺流布置。屏式再热器共 30 屏 , 每屏由 14 根 U 型管组成 ,出入口联箱共有连接管840根，管屏之间间距为 456mm ,管子规格为Ф63×4， 管材分别为，联箱出入接管为12Cr1MoVG（大罩壳内），炉内受热面管为钢 102（除前三根和后两根外）,前三根和后两根为T91，底部外圈弯头为TP304。屏式再热器与高温再热器之间 通过蒸汽连通管交叉连接 , 屏式再热器经过连通管一分为二 , 即 1 排屏式再热器管对应 2 排高温再热器管 , 因此高温再热器共有 60 屏 , 每屏共 7 根 U形管，出入口联箱共有连接管840根，管屏之间间距为228mm，管子规格与屏式再热器同为Ф63×4。管材分别为，联箱出入接管为12Cr1MoVG（大罩壳内），炉内受热面管为钢 102（除前、后两根外）,前、后两根为T91，底部外圈弯头为TP304。屏式再热器、高温再热器布置如下： <img height="162" alt="文本框: 高温再热器" src="http://bbs.eptchina.cn/Untitled-1_clip_image003.gif" width="66" vshapes="_x0000_s1029" vdpi="96"/> <img height="123" alt="文本框: 屏式再热器" src="http://bbs.eptchina.cn/Untitled-1_clip_image004.gif" width="68" vshapes="_x0000_s1028" vdpi="96"/> 国电宣威发电有限责任公司＃8炉于 2000年12月正式投入运行后,从 2003 年开始在锅炉机组停运后进行气密性试验期间高温再热器和屏式再热器开始发生泄漏,泄漏点基本上是在高温再热器和屏式再热器管子与顶棚密封板的焊接处。因为漏点位置空间相当狭窄，对漏点进行处理非常困难 , 每次抢修需5—6天, 甚至更长 , 严重影响机组正常运行。经对泄漏点进行原因分析，泄漏属于交变应力作用，导致受热面管焊缝拉裂而产生。从 2003 年以来 , 最先发生泄漏的是屏式再热器人口侧管子,逐渐发展到整个屏式再热器,而高温再热器出口侧管子至今未发生过泄漏。泄漏点有逐次增多趋势,从最初每次1、2个漏点到 2004 年发展到一次七个漏点。泄漏部位及形状见图2 <table cellspacing="0" cellpadding="0" border="1"><tbody><tr><td valign="top" width="303"></td><td valign="top" width="309"></td></tr><tr><td valign="top" width="303">图片1：泄漏管子宏观照片 </td><td valign="top" width="309">照片2：周向裂纹端面的疲劳纹 </td></tr></tbody></table><table cellspacing="0" cellpadding="0" border="1"><tbody><tr><td valign="top" width="303"></td><td valign="top" width="309"></td></tr><tr><td valign="top" width="303"></td><td valign="top" width="309"></td></tr><tr><td valign="top" width="303">照片3：周向裂纹打开后端面 </td><td valign="top" width="309">照片4：泄漏位置周向裂纹内壁，已贯穿 </td></tr></tbody></table>3、再热器管泄漏的原因分析
3.1再热器顶棚密封结构形式
再热器顶棚密封结构形式见图 3, 其中件号1是疏形弯板 ( 定位板 ), 厚度δ=6mm, 材料是 12Cr1MoV。件号 2 是下密封板 , 厚度δ=5mm , 材料是 CORTEN ( 耐腐蚀考登钢 ) 。件号3是上密封板，厚度δ =10mm,材料是 CORTEN 。件号 4 是再热器管子 , Ф63×4 ( 其中屏式再热器、末级再热器人口侧管材是钢102, 出口侧管材是T91 钢 ); 件号5是顶棚管 , Ф51×6。疏形弯板 1 与管子 4 在制造厂焊接完成,件号1与件号3及件号2与件号3在施工现场组装焊接。 原设计再热器穿顶棚处密封结构如图4所示 1一疏形弯板 ( 定位板 );2 一下密封板 ;3 一上密封板 ;4 一再热器管 ;5 一顶棚管 整个结构除起密封作用外,也承受着再热器管屏的支撑作用 ,从受力情况看 , 管子 4 的重力通过密封弯板1传递给密封板3、2, 然后由密封板 2 传给支撑板 , 再由支撑板传给两端板 , 且最终传给吊耳。吊耳悬挂于锅炉顶部钢梁上。 [/Post]

哈尔滨电气 · 发表于 2007-8-15 17:16:14

[Post=50] 3.2 再热器管泄漏原因分析
3.2.1 再热器顶棚密封的刚性结构导致再热器管子受疲劳应力损坏 图4中密封板 2 、3 与1疏形弯板一起组成全密封式的顶棚密封结构 , 其结构形式有一定的弹性,可吸收一定量的垂直及水平方向的膨胀量。当热态时再热器管子向下膨胀,而整个密封结构因密封板 2受限于其它吊挂装置(支撑板、两端 板及吊耳 )作用而不能与管子向下作相应移动,这样 , 当整个密封结构膨胀受阻时密封板2、3与疏形弯板1会发生相应变形而起到吸收一定的膨胀量的作用。 虽然这种密封结构有一定的弹性,但因密封板取材太厚（6mm） ( 因顶棚密封结构除了起着密封作用外,还起着支撑再热器管子的作用,故对板厚有一定的要求 ), 导致密封板组件的刚性太大、可塑性太小,因此，其吸收热态膨胀量时产生很大的膨胀力,膨胀力经图4中的疏形弯板1直接作用到受热面管子上。膨胀力的大小与锅炉负荷变化的速率成正比关系(负荷的变化引起管子壁温变化)。锅炉实际运行中难免会因电网负荷的变化、设备的运行状况、机组的启动或停炉等因素影响炉内各种受热面管及密封组件温度经常发生变化，从而引起密封结构经常性的膨胀或收缩,导致长期反复变化的力作用到再热器管子上使管子受到疲劳应力作用而产生裂纹，随着裂纹的扩展最终引起再热器管气密性试验时发生泄漏。 该炉顶棚各部分的密封结构 ( 包括再热器及过热器顶棚密封 )是一样的 , 因此过热器管子也受到与再热器管子同样的疲劳应力作用。但因过热器管子(Ф51×8) 和再热器管子(Ф63×4) 规格不一样,过热器管子壁厚要比再热器管子壁厚厚很多,因而其刚度相应加强 (比密封结构的刚度要强), 因此当过热器及再执器两种管子受到同样的外力作用后再热器管会受到损坏而过热器管则安然无恙。另一方面 , 因为工作介质不同(再热器的工作介质是再热蒸汽 ，而过热器的工作介质是过热蒸汽) 再热器管子对锅炉负荷变化的反应最敏感,特别是当锅炉在升炉或停炉期间、汽轮机甩负荷期间，再热器内蒸汽流量会急剧减小甚至没有蒸汽流过,这种情况下 ,其管子因管壁温度急剧变化而所受到的热应力更大。对于同是再热器的屏式再热器及末级再热器 ,由于屏式再热器及高温再热器布置区域的烟气温度不同，高温再热器区域温度要比屏式再热器区域烟温低，因此屏式再热器因机组负荷的变化而受到影响就比高温再热器更严重。 这种疲劳热应力随着时间的积累,发生泄漏的情况会越来越严重,这就造成了自2003年以来，每次再热器气密性试验都会发生再热器管拉裂泄漏,先是屏式再热器人口侧, 继而发展到屏式再热器出口侧,逐步向锅炉后延伸，导致高温再热器入口侧也发生拉裂泄漏，且发生泄漏的管子有明显增多的趋势。由开始的1—2根，增加到一次七根。 3.2.2 再热器管子材料金属机械性能偏低 再热器顶棚密封区域管材,屏式再热器入口侧及出口侧、高温再热器的入口侧及出口侧大部分管子都是钢102管,高温再热器的出口侧和入口侧外两圈管均是T91（美国管材,高强度马氏体耐热钢 ), 而屏式再热器的前三、后二共五根管子是T91管材，除了热力性能T91要比钢102优胜外,两种材质在金属机械性能方面也有很大区别 ,T91管的机械性能要比钢102的性能好,如线膨胀系数,在540℃时,钢102的线膨胀系数是14.006×10－6/℃,而T91管的线膨胀系数是12.38×10－6/℃,又如切变模量(表征材料抵抗切应变的能力),在500℃时,钢102的切变模量是6.76× 104MPa,T91 的切变模量是7.09×104MPa。因此在相同温度变化下T91管因热胀冷缩引起的应力要比钢102管小,而其抵抗切向应变的能力却要比钢102管强。故高温再热器和屏式再热器中T91管从未因疲劳应力损坏而发生泄漏。 3.2.3 密封弯板与再热器管子的焊接质量差 如图4中密封弯板1材料是 12Cr1MoV, 而再热器管子的材料是钢102或T91管,这样,疏形弯板与管子为异种钢焊接，容易产生焊缝质量问题，又由于疏形弯板加工复杂、要求高，难于达到设计要求，装配难度大，椭圆形缺口与管子装配后不是圆形而是大三角形，与管子相焊后产生局部区域焊缝堆积，甚至焊穿管子。对于这种焊接缺陷，焊后很难对焊缝进行质量检查（由于焊缝下部被密封弯板罩住，内部空间狭小，无法检查）。 4、再热器顶棚密封改造
上述再热器管穿顶棚处密封结构造成管子多次发生泄漏,严重影响机组安全稳定运行，为从根本上解决上述密封结构问题,消除再热器穿顶棚处裂纹泄漏，经认真研究、分析，吸取其它单位改造成功经验 ,本着结构简单、制作、安装方便、保证施工质量的原则 .设计了图5所示的密封结构。相对于图4中的密封结构形式,图5中所作的改造内容如下。 改造后再热器穿顶棚处密封结构示意图图5 1～再热器管；2～过渡套管；3～定位密封弯板 ;4～密封板； 5～顶棚管 4.1 采用套管结构
如图5中所示,在原密封结构区域段的管子上加装一段过渡套管,即件 2。对该套管的要求是:材料与原管子一致（12Gr1MoVG） , 且壁厚比原管子壁厚薄(3mm),不超过4mm,并且要求套管与原管子单端焊接(在上端)、焊缝要细。采用套管这一结构的目的是将密封结构所产生的热应力转移到套管上,并解决了异种钢焊接的质量问题 , 使焊接变形转移至套管,保证原管子的焊接质量。另外从整个结构的受力情况看, 管屏重力通过套管传递给定位密封板3,由定位密封板传给支撑板,再由支撑板传给两端板,且最终传给吊耳,较好地解决了力的传递问题。 4.2、定位密封板弯板与套管整体焊接、处理 将定位密封弯板（即图5中的件3）与套管（即图5中的件2）、套管与受热面管（图5中件1）进行整体按要求焊接，并利用制造厂的热处理设备优势，进行整体热处理，消除焊接时产生的应力，定位密封弯板、3和密封板4保持原厚度不变，套管采用与受热面管相同的材质（12Gr1MoVG），改造后定位密封弯板3与套管2及密封板4焊接，其结构简单、加工容易、现场安装施工方便，避免了由于定位密封弯板与受热面管焊接所造成的应力裂纹问题；另一方面，在改造过程中确保定位密封弯板3与套管2之间有2～3mm间隙，密封板4与定位密封弯板3之间焊接的焊点尽可能靠近定位密封板3的中间位置，既确保了整个密封结构的刚度，又增大了弹性。 4.3、再热器穿顶棚处异种钢焊口设计 根据原设计高温再热器、屏式再热器受热面管材，大罩壳内联箱接头管材质均为12Gr1MoVG，穿顶棚处受热面管与炉顶密封结构材质相同（均为12Gr1MoVG），炉内受热面管材质分别为12Gr1MoVG、钢102、T91，炉外与炉内受热面管存在异种钢接头，为了避免套管与受热面管之间存在异种钢焊接，减少焊接缺陷，在设计再热器穿顶棚处更换管件时，充分考虑了受热面管异种钢焊口的位置，既要保证套管不存在异种钢焊接，又要保证受热面管达到设计使用要求，所以，受热面管之间的异种钢接头设计在顶棚管以上，套管与受热面管焊点一下。见图 以上结构构件通过外委方式，委托锅炉厂进行，加工简单、制作方便、装配容易、质量有保证,且改造工作量较小、费用较低。 国电宣威发电有限责任公司＃8炉再热器顶棚密封结构改造工作于 2005年8月至10月机组A级检修期间完成,历时45天,耗资265万元，彻底消除了再热器穿顶棚处受热面管裂纹泄漏隐患，初步达到了预期目的。 参考文献 : 【1】姜求志 , 王金瑞 .火力发电厂金属材料手册 (ISBN7-5083-0417- 9)[M]. 北京 : 中国电力出版社 ,2000 【2】武汉锅炉股份有限公司设计使用说明书 【3】武汉锅炉股份有限公司设备图纸、资料 [/Post]

草原猎人 · 发表于 2007-10-1 22:35:23

加油了

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