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摘要：本文针对某电厂3号锅炉高温再热器爆管问题，进行了宏观检查、部件结构及受力状态分析，最终确定高温再热器爆管的主要原因是高温再热器存在弯曲变形，鳍片末端存在较大应力，致使高温再热器鳍片自末端产生纵向裂纹；高温再热器鳍片厚度（6mm）大于管壁厚度（5mm），导致鳍片强度大于管壁强度，鳍片纵向裂纹发展到一定程度后，裂向强度相对薄弱的高温再热器管壁，在管壁处产生裂纹，致使高温再热器管首先发生泄漏。
关键词：应力拉裂、高温再热器、原因分析
1. 概述
某电厂3炉由哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造，为自然循环，单汽包、一次中间再热超高压循环流化床锅炉。高温再热器由6片屏式再热器组成，与二级过热器相间布置。2009年9月大修将3号炉炉内高温再热器原TP304H材质更换为TP347H，规格保持φ57×5mm不变，鳍片材质1Cr18Ni9Ti，规格13×6mm。二级过热器由8片屏式过热器组成，其中第2屏上部2段为12Cr1MoVG材质，下部1段为T91材质，规格φ51×5.5mm；第3屏全部为12Cr1MoVG材质，规格φ51×5.5mm。2019年8月1日14:59，3号炉负荷87MW，主汽流量291t/h。运行人员监盘发现炉膛负压由76Pa突升至524Pa，排烟温度由137℃持续上涨。就地检查发现A室第二屏高温再热器有泄漏声，判断炉内高温再热器泄漏。
2. 宏观检查
停炉冷却后，宏观检查，发现泄漏区域位于高温再热器和二级过热器管屏标高32米处，其中高温再热器第2屏后数第1～4根和二级过热器第2屏后数第1根管泄漏（见附图），高再第2屏5～11根、二过第2屏2～3根以及二过第3屏1～5根减薄，高温再热器第2屏后数第1根管弯曲变形出列，鳍片纵向撕裂约0.8米，扩大检查后发现高温再热器第3屏后数第1与第2根管间原鳍片末端存在裂纹。
3. 原因分析
查阅检修台账，自2014年2月4日第2屏高再鳍片末端焊缝开裂导致泄漏后，3号炉共经历1次大修、3次小修和8次调停。2017年12月后历次检修均对高再鳍片末端焊缝进行着色探伤，并将高再鳍片末端焊缝着色检查列入防磨防爆检查任务表。2019年4月检修中发现高再第5屏后数第11、13根鳍片末端存在横向裂纹，将鳍片横向裂纹打磨后，重新开止裂孔，其它未见横向裂纹。
分析认为，高温再热器第2屏后数第2根管鳍片裂纹裂至管壁是第一泄漏点（见附图），该处泄漏后吹损第1根管，进而吹损第2屏二级过热器，二级过热器泄漏后，吹损高温再热器第2屏。
高温再热器管屏材质 TP347H 线膨胀系数远高于水冷壁材质 20G，且高再管壁温度也远高于水冷壁。因此在热态下，高再管屏需相对向上膨胀（相对膨胀量约108mm）。管屏向上膨胀时在穿顶棚等位置受到阻力，影响了膨胀。同时高温下347H材料屈服强度很低，管子垂直方向长度较长，管子刚度不足以支撑管屏完全沿垂直方向向上膨胀。导致管屏出现弯曲。
管屏呈L型布置，29 根管子长度有差异，蒸汽阻力不同，各管蒸汽流量不能与炉内热负荷相匹配，导致同一屏管排中不同管子间壁温相差较大，出现膨胀不均。第二屏高温再热器存在弯曲变形，鳍片末端存在较大应力，致使高再鳍片自末端产生纵向裂纹。
高再鳍片厚度（6mm）大于管壁厚度（5mm），导致鳍片强度大于管壁强度，鳍片纵向裂纹发展到一定程度后，裂向强度相对薄弱的高再管壁，在管壁处产生裂纹，致使高再第二根管首先发生泄漏。
4. 暴露问题
1、未能准确分析高温再热器鳍片与管子强度影响因素：原设计中鳍片厚度大于管壁厚度，鳍片强度高于管壁强度，致使鳍片纵向开裂至一定程度裂纹向薄弱的管壁侧扩展。
2、未能正确分析高温再热器弯曲变形原因，将材质由TP304H改造为TP347H不能真正解决管屏弯曲问题，致使弯曲导致的鳍片末端局部应力集中导致裂纹风险长期存在。
5. 处理与防范措施
1、对高温再热器和二级过热器管吹损减薄超标和泄漏管段全部更换。割管、换管焊接工作严格按照焊接工艺要求执行。
2、现场鳍片末端进行渗透探伤全面检查。存在裂纹的部位，进行彻底打磨清除裂纹，并向上割开150mm后重新打6mm止裂孔；需焊补的，按照焊接工艺执行；裂纹严重的进行更换。
3、对3号炉高温再热器进行改造，并结合3号炉高温再热器改造，将鳍片厚度降低至管壁厚度以下1.5~2mm。
4、高温再热器（6屏）外圈1-3根管敷设可塑料，宽度至第3根管中段，高度自浇注料起向上2米。
5、严格执行规程中机组启停控制措施，避免加剧管屏局部应力集中。
论文作者:刘天佐1,,孟祥泽2
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/8
标签：高温论文; 管壁论文; 裂纹论文; 强度论文; 厚度论文; 弯曲论文; 材质论文; 《当代电力文化》2019年第12期论文;