摘要：随着现代电站的不断发展，大容量高参数机组越来越多。机组投入运行后，由于运行操作不当、检修不到位等问题，导致锅炉承压部件损坏，直接影响机组的安全运行，特别是四大管道的爆裂事件破坏性更严重，影响更大。针对某公司#1锅炉发生低再至高再连通管发生泄漏的原因进行分析，对如何避免或减少发生此类问题的防范措施提出建议，规范机组运行、维护及检修等方面的管理。
关键词：四大管道；裂纹；热疲劳；应力
引言
某发电公司#1机组为600WM燃煤抽汽凝汽式超超临界机组，工程采用东方锅炉股份有限公司引进技术制造的DG1950/25.4-II1型超临界参数变压运行直流炉、单炉膛、一次中间再热、前后墙对冲燃烧方式、平衡通风、固态排渣、露天岛式布置、全钢构架悬吊结构Π型锅炉。制粉系统采用中速磨正压直吹式系统，每台锅炉配置6台中速辊式磨煤机，5台运行，1台备用,锅炉燃用的设计煤种为新密贫煤，校核煤种1为新密煤，校核煤种2为黄陵煤与新密煤3：7的混煤。#1机组2008年12月投入商业运行，至2018年11月9日#1机组累计运行小时64769小时。
1 事件经过
2018年11月9日检查发现#1锅炉本体左侧低再出口管保温内冒蒸汽，拆卸局部保温检查发现炉左侧低再出口至高再连通管弯头焊口后开裂(见图1 )，机组停运检修。低再出口至高再进口连通管道规格为Φ711.2×32mm，材质为SA-335P11。
2 宏观检查
2.1 炉左侧低再至高再连接管道弯头（泄漏部位）
机组停运后，检查泄漏部位在锅炉炉左侧低再至高再连通管弯头焊口后40mm处直管上，裂纹环向分布，宏观可见长度约 250mm。管道切割后检查发现泄露部位的内壁裂纹位于直管段内壁加工破口的倒角处，长度约为管子圆周的1/2，见图2（直管裂纹）；
焊口另一侧（弯头端）的内壁，离融合线约 30mm 也有一条裂纹（与直管段泄漏部位对应），长度约为管子圆周的1/2；对泄漏区域和前端弯头内壁进行金属宏观检查，发现泄漏区域（直管段）和前端弯头内壁均有较多细小疲劳裂纹，见图3、4。
图1 图2
图3 图4
2.2 炉右侧低再至高再连接管道弯头(对侧部位)
2019年4月对炉右侧相同部位低再至高再连接管弯头切开检查，发现弯头后的焊口两侧内壁加工坡口的倒角处，均存在长约管子圆周长度1/2的裂纹，裂纹最深约8mm左右，弯头和直管段内壁未发现异常。
3 理化分析
对切割下的泄漏管段取样进行了金相分析，金属试样检验结果表明：样品化学成分、力学性能、金相组织满足标准要求；试验内表面皲裂及引起泄
漏的裂纹均为热疲劳裂纹。泄漏处断口表面粗糙，由疲劳源区、疲劳裂纹稳定扩展区和快速断裂区三部分组成，在疲劳裂纹稳定扩展区还可见明显的疲劳弧线（见图5）。裂纹断口面明显疲劳弧线，说
图5
明为疲劳裂纹，裂纹从内壁起裂，纵横交错呈皲裂状，楔形扩展，且断口面粗糙不平整，进一步证明为典型的热应力引起的疲劳裂纹。
热应力为长期运行过程中负荷变化、停炉以及其他异常情况引起管内壁介质温度变化带来的，在热力应的作用下，管道膨胀、收缩，逐渐产生裂纹，裂纹从内壁起裂，逐渐扩展至穿透管壁。
4 原因分析
管道应力分为一次应力和二次应力，一次应力为管道在内压和自重作用下所产生的应力，二次应力是管道在热胀冷缩或受位移约束时产生的应力，一二次应力的叠加是生成裂纹的应力因素。
4.1 负荷变化速率过大产生较大的附加应力
炉左、右侧低再弯头后裂纹产生于弯头出口的外弧面侧，弯头内弧面焊缝部位不产生裂纹，表面裂纹的产生与应力有高度相关性。正常情况下负荷变化过快，各承压部件易产生较大附加应力（二次应力），集箱和连接管道的膨胀瞬间变化不一致，同时流量变化过快也会造成管子大幅度的低频振动，对应力集中的部位影响更大，产生裂纹。
2018年7-10月，#1锅炉运行中多次出现因SO2排放指标瞬时超标而骤减负荷情况。据不完全统计，仅7月20日到10月20日期间，#1炉大幅骤降负荷约10多次；如：7月22日17:33至17:54，机组负荷由577MW快速降负荷至384MW（图6红色曲线）。
图6 7月22日趋势
4.2 减温水的影响
查询#1锅炉2018年5月份以来DCS趋势，长期存在A侧烟气温度高于B侧的情况，低温再热器入口A侧烟气温度大多高于B侧20℃左右。查看历史曲线，机组运行中，为了控制再热汽温，存在个别时段减温水投放量较大的情况，B低温再热器出口减温器后温度频繁下降，见图7中浅蓝色趋势线，明显比A侧变化幅度大。再热减温水用量大，低再出口再热汽温下降快，增加了管道内壁热应力。另外，B侧减温水阀门有内漏，加剧了减温器下游管道的热冲击，金属易产生热疲劳，最终出现疲劳裂纹。
对比炉左、右侧低再出口连接管弯头裂纹情况，综合分析管道产生裂纹直至泄漏的原因为：机组在6万多小时的长期运行过程中，由于机组负荷变化、停炉、减温水的使用以及其他异常情况引起管内壁介质温度变化，使管内壁承受热应力，而再热减温水使用量大的炉左侧出口连接管所受到的热应力相比右侧更大，同时管内壁坡口加工处存在一定应力集中，相比内壁其他表面的热应力更大，更易产生裂纹，炉左侧低再弯头裂纹不断扩展，由内向外最终导致泄漏（炉右弯头后焊口及内壁检查无热疲劳裂纹，只受到附加应力导致应力集中部位内壁产生潜在裂纹未发生泄漏）。
图7 11月4日趋线
5 防范措施
5.1管道检修情况：为了确保机组运行安全，2018年机组停运后，对锅炉左侧低再至高再连通管泄漏管段进行了更换（更换焊口后直管段800mm），对弯头裂纹进行了挖补；2019年机组停运后，对锅炉左侧低再至高再连通管弯头进行了更换，同时对右侧低再至高再连通管弯头焊口后直管更换了800mm，对弯头裂纹进行了挖补。
5.2减温水调门检查和检修：对存在漏流的减温水调门，作好记录，在机组停运后必须进行检查处理，以减少对减温器下游管道的热冲击，避免热疲劳裂纹的产生。
5.3运行操作要求：机组启、停过程中，运行人员严格按照升温升压速率。锅炉热态启动，吹扫完成后立即点火，严格控制温升速度4—6℃/min范围之内，机组并网后，控制各部温升速度≤1.5℃/min；运行中，加减负荷速率要控制在3—5MW/min，减少弯头或焊口等应力集中部位所受附加应力过大。机组启动和运行中，通过燃烧调整和烟气挡板的调整控制再热蒸汽温度，同时调整尾部烟道左右侧烟温偏差不大于10℃，控制减温水的使用，减少热疲劳裂纹的产生。
5.4支吊架检查：定期对锅炉四大管道支吊架检查有无松脱和受力不均等异常，并及时调整。
5.5加强入厂、入炉煤煤质管理：做好入炉煤的配煤掺烧，避免机组运行中因环保指标不合格导致机组负荷急剧变化。
参考文献
[1]开封发电分公司《集控运行规程》、《防止氧化皮脱落措施规定》.
[2]崔伦.1165t/h锅炉过热器出口联箱三通焊缝裂纹原因分析.
论文作者:符朝阳1,张金梅2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：裂纹论文; 弯头论文; 应力论文; 内壁论文; 机组论文; 锅炉论文; 管道论文; 《电力设备》2019年第16期论文;