关键词：高温再热器连接块；裂纹；管夹；套管
1.概况
某电厂两台300MW机组，为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1021/18.2-540/540-PM27型亚临界、一次中间再热、自然循环汽包锅炉。2017年泄漏停运后，对炉内末级再热器区域受热面进行检查，检查发现高再管排炉右数第 15 排（炉后数第 6、7、8、9 根）和第 16 排（炉后数第 6、7 根）共 6 根管子存在泄漏口，该处管子规格为φ63×4mm，材质为 SA213-TP304H和 SA213-T91。
2.检查情况
对发生泄漏的末级再热器管屏进行宏观检查（如图 1 所示），每屏管排前后方向数共22根管子，其中两端各8 根管子直接与进出口集箱相连，中间 6 根管子呈倒U型，上部没有设计吊挂装置，通过焊接的连接板与周边管子相连，连接板承受管子重量。本次泄漏位置为炉右数第15屏（炉后数第6、7、8、9 根）和第16屏（炉后数第 6、7 根）共 6 根管子。初始泄漏口管子为右数第15屏后数第8根管子，泄漏位于管子上部连接板角焊缝处（见图2、3），该管子下一块连接板角焊缝上部同样位置也存在裂纹（见图 4）；旁边第 16屏后数第8根管子上部连接板同样位置也出现开裂，其余管子的泄漏口均为吹损减薄后泄漏，所有管子未发现涨粗现象（见4）。
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3.原因分析
末级再热器中间 6 根管子呈倒 U 型，上部没有设计吊挂装置，通过焊接的连接板与周边管子相连，连接板承受中部管子的重量。发生泄漏的炉右数第 15 屏后数第 8 根管子泄漏部位位于上部连接板角焊缝上，以泄漏段为例,倒 U 型的管子彼此连接,并最终靠炉后数第8根管子承载,因此从受力分析角度,工况最恶劣的是炉后数第 8 和 9 根之间的焊接支撑块结构,不仅有弯距、剪力作用，还有异种钢焊接引起的热应力加持，且同根管子下部连接板类似部位，隔壁屏同样部位均发现裂纹。
通过同一连接板连接的两根管，因汽流存在一定的差异，两管膨胀程度存在一定的差异，可能会在连接板端部形成较大的附加应力；因连接板厚度值比管子壁厚值大，升降温过程中，升温与冷却速度不一致，且在运行过程中，管子受气流影响，管壁温度会低于连接板温度，工件各部位温度不均匀，形成热应力；结构设计存在的一定的不合理性，连接板厚度及连接角焊缝的强度大于管壁的强度，在应力集中的情况下，管壁可能会先受到破坏。
综上所述：连接板焊缝出现裂纹的原因是长时间运行后汽流分布的不均匀性、结构不合理、温度应力等综合作用引起热疲劳的结果，在连接板焊缝位置产生裂纹，裂纹扩展至高再管道直至泄漏。
4.改造方法
将原倒U型6根弯管及旁边装有连接板的左右各2根管进行更换，并将原管间连接板全部去除，使管子自由膨胀。在倒U型管区域加装定位管夹，达到防止管子出列和承重的目的。.png)
加装的管夹为加强型管夹。管夹采用精密铸造工艺生产，材质采用ZG1Cr20Ni14Si2奥氏体耐热不锈钢，并增加管夹厚度达18-20mm以保证刚度。加强型管夹共固定12根管子，按宽度方向排列“3+6+3”（即中间6根，再向两侧延伸各3根），安装位置尽可能靠近上部弯头部位。
在管子与管夹间加装套管，在套管上再焊接承重块（圆钢），这样既将中间6根管子的重量通过管夹传递到外围管子，同时又不会对管子造成直接损伤。
采用此种方案将U型弯管子进行更换，由供货厂家在厂内将更换的10根管子在生产厂家将防磨块与承重块进行装焊、热处理后出厂，现场进行管夹的装配。现场管子对接焊口位置在顶棚以下2000mm处，这样既能减少现场工作量、方便安装又能保证不留下由于原结构可能遗留的隐患。
5.安装要求
1）在恢复新换管时，先安装定位工装。定位工装安装要求：
定位工装下方距顶棚管中心线为1080㎜；定位工装固定在第5根（从炉前向炉后数，下同）、第18根直管上；定位工装安装一定要保证水平（施工时用水平尺校准）。
2）新管的安装从炉前、炉后两侧开始向中间推进，即依次安装第7根、第16根直管，第8根、第15根直管，外铡倒U型弯（第9根和第14根），中间倒U型弯（第10根和第13根），内侧倒U型弯（第11根和第112根）。
3）第7根、第16根直管和第8根、第15根直管安装时，定位块应与定位工装下方完全接触；3个倒U型弯（第9根和第14根、第10根和第13根、第11根和第12根）安装时，定位块应与定位工装上方完全接触。每根管焊接完成后，要对定位块与定位工装的接触情况进行检查，以确保满足要求。
4）新换管全部安装完成后，拆除定位工装，随后进行加强型管夹的安装。
5）一个管屏的换管、管夹安装完成后，方可进行下一个管屏的施工。
6）所有T91焊口需进行热处理；
7）套管焊缝采用全氩弧焊接成形，焊口外观检查及对管焊接错口值需符合国家标准；对套管与再热器管道外部和内部焊接部位进行检查，检查是否有咬边和焊穿等现象；所有焊缝需进行100%射线探伤。
6.结语
高温再热器倒U弯结构不合理造成连接板焊缝处长期受到交变应力产生裂纹造成焊缝开裂。某电厂通过对高温再热器倒U弯55屏共385根管子进行结构改造，改造后未发生泄漏事故。
参考文献：
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[2]段学农,程刚,等.300Mw锅炉末级再热器穿墙管焊缝裂纹分析与处理[J].华中电力,2004,17(6):34-35.
[3]李天.沙角A电厂5号锅炉再热器管泄漏原因分析及处理[J].中国电力,2005,38(5):63-65.
论文作者:乔钰深
论文发表刊物:《中国电业》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/24
标签：裂纹论文; 工装论文; 管夹论文; 应力论文; 套管论文; 位置论文; 结构论文; 《中国电业》2020年第1期论文;