超超临界锅炉高温再热器进口分配集箱管座角焊缝裂纹处理论文_肖立辉

摘要：结合抚州发电有限责任公司超超临界锅炉高温再热器进口分配集箱管座角焊缝裂纹处理，论述了集箱管座裂纹产生的原因，提出了管座裂纹的处理方法，以及处理中的注意事项，消除了锅炉运行中爆管的隐患，提高了机组的稳定性，对同类型锅炉集箱角焊缝裂纹处理具有借鉴意义。

关键词：超超临界，直流锅炉，集箱角焊缝，裂纹

1.锅炉基本参数及再热系统介绍

抚州发电厂采用东方锅炉股份有限公司两台100万千瓦超超临界机组，锅炉型号为：DG3060/27.46-Ⅱ1型，锅炉为超超临界参数、变压直流炉、对冲燃烧方式、固态排渣、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、全钢构架、全悬吊п型结构。

整个再热器系统按蒸汽流程依次分为二级：低温再热器、高温再热器。低温再热器布置在后竖井前烟道内，高温再热器布置在水平烟道内。

高再进口分配集箱规格为Φ298.5×30，材质为12Cr1MoVG，与高再进口集箱相焊接的高再进口管规格为：51x4，材质为12Cr1MoVG。

2.问题描述

抚州发电厂1号炉自2015年12月投产发电，在运行过程中，于2017年10月首次发现进入大包外管道处有滴水，拆开管道保温检查，管道没有泄漏点，于是怀疑大包里面受热面管子及联箱存在泄漏。在2018年2月锅炉检修中，共检查发现大包高再入口分配联箱角焊缝存在肉眼可见的裂纹6处，且裂纹主要分布在锅炉左右两侧3个联箱范围内，裂纹位置在角焊缝外侧半圈焊口范围。

图1高再进口分配集箱管座裂纹

3.原因分析

锅炉高再进口分配集箱一共37个，沿炉膛宽度方向均匀分布，且37个进口分配集箱焊接在高再进口混合大集箱上。在锅炉运行中，高再进口混合集箱受热沿炉膛两侧方向膨胀，带动分配集箱以炉膛中心线为中心向炉膛两侧膨胀，越靠近锅炉两侧，膨胀量越大，所以高再进口分配集箱管座裂纹会集中分布在锅炉两侧集箱上，这也是为什么角焊缝裂纹会集中在在锅炉左右两侧3个联箱范围内的原因。

另一方面，高再进口管在炉顶穿顶棚处,用加装金属件来实现密封。每个高再进口分配集箱上共有4排管子，每排管子共8根，延伸到下部穿顶棚处排列成2排管子，每排管子共16根。在穿顶棚处密封金属膨胀节内，共有2层厚6mm的金属梳形板将管子夹住，并且在金属膨胀节内，有70mm厚的耐火浇注料填充。

虽然保证了良好的密封效果，但也限制了高再进口管的自由膨胀。由于梳形板的连接，同时浇注料过厚过紧，造成高再入口管屏和顶棚管屏基本形成一个整体，锅炉负荷频繁变化下，高再入口分配集箱与顶棚管屏膨胀不一致，容易产生交变应力，越靠近两侧，胀差越大。同时每根管子的膨胀量也不是完全相同，且膨胀时受力方向也不一样，这样就导致高再进口管不能根据自身的受力情况自由膨胀，当膨胀受阻时，就不能通过自身的变形来释放膨胀产生的应力，最终所有应力都集中在联箱和管子的角焊缝处，从而导致联箱和管子的角焊缝产生裂纹。

4.管座裂纹处理方法

在2018年2月锅炉检修中，采用砂轮打磨方式去除管座角焊缝熔敷金属，然后清理打磨焊接区域及周围20mm范围，使之呈现金属光泽，并预热200-250℃，并用手工钨极氩弧焊对裂纹处进行了补焊。但在机组运行后的几个月内，大包联箱管道再次发现滴水，高再分配联箱角焊缝再次出现了裂纹。在2019年5月份的检修中，对高再进口管管座进行了更换，更换Φ57×7/12Cr1MoVG加强型管座，以提高角焊缝抗拉裂的能力，但在更换完成后的几个月内，大包联箱管道再次出现滴水，且滴水较以往有扩大趋势，所以以往两种处理方法均不成功。前两种方法均没有有效的解决联箱和管子膨胀的问题，尤其是第二种方法，更是限制了再热进口管的膨胀变形，导致联箱角焊缝应力更加集中，从而造成了联箱角焊缝裂纹的扩大。

1—高再穿顶棚管；2—金属膨胀节 9—金属膨胀节；11，12—梳形板

图3高再管穿顶棚密封形式 图5高再管炉顶密封结构图

由于锅炉联箱的壁厚和长度一定的情况下，热膨胀量的大小只与温度有关，锅炉联箱和管子的热膨胀是必然的，要想彻底解决再热分配集箱角焊缝裂纹问题，就需要让热膨胀应力得到释放，让再热进口管能够通过自身产生一定的形变来释放应力，从而避免应力集中在联箱角焊缝处而产生拉裂。锅炉其它联箱的穿顶棚密封也采用同样的密封结构，但至今未发现角焊缝产生裂纹的情况，这是因为其它联箱的安装位置较高，穿顶棚管的长度也更长，管子自身的形变足以补偿由于联箱热膨胀产生的伸长量，不会产生过大的应力，联箱角焊缝处就不会有过大的应力集中，所以也就没有产生角焊缝裂纹。由于高再进口混合集箱和分配集箱的安装位置所限，不可能再进行调整，解决高再进口分配集箱角焊缝裂纹就只能从改变高再管穿顶棚密封入手。

具体措施如下：

1.切割开高再进口管屏上原设计高再管屏进口段的定位梳形板（梳形板序号为图5中序号12）

2.切割开密封盒上端与管子焊接的密封盒梳形板（管屏周围切割一圈，管间也需切割开，梳形板图号为图5中序号11）

3.检查管屏穿顶棚处浇筑料情况，是否采用的是可塑浇注料，浇注料是否太紧而将管屏和顶棚形成一个整体，限制了管屏的自由膨胀。若浇注料过紧，需对原有浇注料进行改进，将原有浇注料清除，更换新的可塑浇注料。在施工可塑耐火浇筑料前，将管子表面涂抹沥青1~2遍，并在耐火可塑浇注料与管子表面之间包覆填塞密实3~5mm硅棉毯。使管屏与可塑浇注料不直接接触，保证管子膨胀自由。

图8切割梳形板位置

注意事项

经过上述改造后，炉顶管屏移动量加大，炉顶密封的效果会下降，在后续运行中，停炉时需检查大包内漏灰情况，如果出现漏灰量较严重，可以考虑局部增加柔性密封。在密封改造过程中也应重视施工质量，确保可塑耐火浇注料完全填充满密封盒，切割梳形板时注意不能割伤管排。

5.结语

通过以上整改，保证了高再进口管屏与顶棚管屏的自由膨胀，也保证了每屏管子独立自由膨胀，这些膨胀量足以抵消高再分配集向锅炉两端的膨胀带来的伸长量，避免联箱角焊缝应力集中产生裂纹。通过了解到浙能台州第二发电厂采用同型号的锅炉，再热分配集箱的布置和炉顶密封结构也完全一样，之前管座角焊缝也产生过裂纹，经过上述改造后，角焊缝裂纹现象彻底消除，所以上述解决方案是可行的。这对于其它同类型锅炉集箱角焊缝裂纹的处理也具有借鉴意义。

参考文献

[1]9S-SM2×1000MW超超临界对冲燃烧锅炉说明书.东方锅炉股份有限公司

[2]郭延秋大型火电机组检修实用技术丛书—金属与焊接分册.中国电力出版社，2003

[3]宋琳生电厂金属材料，2006

论文作者:肖立辉

论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期

论文发表时间:2020/3/16

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