一起非典型锅炉水冷壁联箱管头失效分析与预防

一起非典型锅炉水冷壁 联箱管头 失效分析与预防

江燕明

湛江中粤能源有限公司 广东湛江 524099

[摘 要] ××电厂2×600MW机组锅炉为亚临界、一次中间再热、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、单炉膛、平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、全钢构架的∏型燃煤汽包炉。在2020年锅炉水冷壁上集箱管头出现爆裂失效的状况，直接威胁到了锅炉的安全运行。本文就锅炉水冷壁上集箱管头出现爆裂失效的问题展开分析及制定相应的处理措施。

[关 键 词] 锅炉 水冷壁 集箱 失效 分析 处理

前言

湛江中粤能源有限公司火力发电机组装机容量为2×600MW，其中锅炉由东方锅炉厂设计生产，型号DG2030/17.5-II8，为亚临界、一次中间再热、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、单炉膛、平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、全钢构架的∏型燃煤汽包炉。在2020年锅炉水冷壁上集箱管头出现爆裂失效的状况，在这里出现的爆管情况相对较为典型，本文就出现的各种情况进行详细的分析，并采取适当的防护措施处理，提高锅炉的安全可靠运行水平，防止以后相同部位出现相同的爆管现象。锅炉水冷壁管子规格为66.7×7，材质为SA-210C。

1. 爆管情况介绍

1. 锅炉水冷壁管的规格为Φ66.7×7，材质为SA-210C，上集箱的规格为Φ273×50，材质为SA-106C。

2.爆口位于水冷壁左侧上集箱靠炉后水冷管根部（集箱端部第3根），爆口位置如下图1橙色箭头所指部位。

图1 原始爆口

3.原始爆口爆开后，因采取措施解列机组运行较早，对爆口附近管子等并没有造成伤害。

4．管子同一列，位于爆口前方的水冷壁管子在与集箱连接的根部处发现过度加工痕迹。如图2所示。

图2 加工痕迹

5.集箱端部2根弯管与刚性梁出现碰磨现象。

图3 与刚性梁相碰磨

6. 水

   水平烟道包墙过热器左侧上集箱

   水冷壁左侧上集箱

   冷壁左侧上集箱靠炉后端部与水平烟道包墙过热器左侧上集箱靠炉前端部出现相互碰磨的状况。

2. 管子爆裂口分析

因为电网负荷调度的需要，没有对爆管部位进行全面的割除处理，无法对管子爆裂处进行有效的分析。但从现场爆口分析，爆口焊缝存在部分未彻底熔合、焊缝厚度不足的情况，在管子局部应力集中的情况下，受水平烟道包墙过热器左侧上集箱向前膨胀作用力的叠加作用下，导致管子出现爆裂。

3. 管子爆裂原因分析

从管子爆口的原始形状看，爆口在管子的炉前方向，不是集箱端部管子的第1根（第1、2根为弯管），但却是集箱端部管子弯管后的第1根，弯管受刚性梁阻碍膨胀不畅，水冷壁左侧上集箱靠炉后端部与水平烟道包墙过热器左侧上集箱前端部相互碰磨作用，管子爆口部位为局部受力相对较高的点，在长期的运行膨胀、受力不均等作用下出现剪切作用，直至最后爆裂。分析原因如下：

1、水冷壁左侧上集箱靠炉后端部与水平烟道包墙过热器左侧上集箱前后方向在工作过程中受限，位移量不足导致其出现相互碰磨、相互作用，使水冷壁管子的受力点出现局部应力集中。

2、水冷壁左侧上集箱端部管子弯管向外膨胀位移受限，无法突破刚性梁的阻碍，阻力受限转移至水冷壁集箱上，加重管子的受力失衡。

3、锅炉运行过程中出现大量的振动，但各个系统的振动并不是同步进行，且存在振动叠加的过程，使管子受力高的部位容易出现疲劳极限。

4、机组启动频繁也是管子容易出现爆裂的原因。

5、从爆口的宏观观测发现存在焊缝少量未完全熔合或焊缝不足的状况。

4. 处理及防范措施

爆管处理：

1. 对其爆口进行打磨、挖补处理及相应的金检处理。

2. 对出现加工槽的部位进行打磨、圆滑过渡；同时测量管子壁厚必须在允许使用的范围内。

3. 割除阻碍管子膨胀的刚性梁，并对管子碰磨部位进行打磨、圆滑过渡。

4. 切开爆裂管子附近管子最上部连接肋板200mm以上，减少其刚性连接。

图4 开放肋板，减少刚度

防范措施：

1. 1. 对上述区域管子进行监督、定点监督，如在机组停运时对该部位进行全面细致的检查。

   2. 调整锅炉顶部吊挂装置，减少锅炉受热面的振动。

   3. 全面检查受热面膨胀状况，消除膨胀受限。

   4. 利用机组大修的机会对同类部位进行全面检查，必要时全面进行金检处理。

   5. 对该区域部件（如集箱间的间隙值）进行重新校核计算，按现场实际情况进行有效的处理。

   6. 减少机组启停次数，或避免机组启停时的工况急剧变化。

      5. 结论

锅炉水冷壁上集箱管头出现爆裂失效现象是相对比较罕见的水冷壁爆管案例，其原因相较于其它区域爆管复杂很多，只有根据现场实际情况，对整个系统进行分析片是，才能彻底得出其中管子具体的爆裂原因，才能作出合理、有效的解决方法，才能避免相同案例的再次发生；这样锅炉的正常、安全运行才能得到可靠的保证。

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