某电厂锅炉受热面联箱管座开裂分析

张超

中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北电力试验研究院，陕西 西安 710021

摘要：对某电厂锅炉受热面联箱管座开裂原因进行现场分析。检查范围包括水冷壁上集箱和省煤器出口集箱部分管座拉裂情况、水冷壁膨胀固定夹立板拉裂情况、各集箱悬吊系统、省煤器出口管道吊挂系统、锅炉整体向下膨胀情况等。通过设计图纸查阅、现场情况检查以及人员交流等方式，对受热面联箱管座开裂原因进行了分析并提出相应的处理措施。

关键词：受热面联箱;管座;开裂;原因;分析

1 电厂概述

某电厂一期工程褐煤锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司（简称哈锅）自主开发研制的褐煤超临界锅炉。该锅炉为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的直流锅炉、单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、紧身封闭布置的π型锅炉。炉膛水冷壁采用焊接膜式壁，下部水冷壁及灰斗采用螺旋管圈，上部水冷壁为垂直管屏。螺旋管圈水冷壁通过直径为Φ219mm、材料为15CrMoG的中间集箱转换成垂直管屏，垂直管屏由1468根材料为15CrMoG、Φ31.8×6.2mm、节距为55mm的管子组成。省煤器采用H型双肋片管，肋片间节距均为25mm，基管直径为Φ44.5×7mm，材质为SA-210C；肋片尺寸为3×100×195mm，材质为酸洗碳钢板。省煤器采用悬吊管结构的方式来悬吊省煤器，每组悬吊管分别悬挂两排省煤器管束。悬吊管采用Φ51×13.5mm，材料为15CrMoG。

2 基本情况

2017年2号机组C修发现省煤器入口集箱111处管座裂纹，受现场处理条件限制，挖补处理了38处，裂纹深度8-14mm。2018年检修期对2号炉省煤器入口集箱进行了整体更换，并按哈锅出具的工艺对省煤器入口集箱支撑进行了改造。2019年9月2号机组检修时，检查发现锅炉左右侧垂直水冷壁上集箱小管座裂纹163处，两侧垂直水冷壁上集箱下部第一道环梁处大量水冷壁膨胀固定夹立板从根部焊口拉开，其中左侧墙11处，右侧墙9处，拉裂情况如图1所示。省煤器出口集箱第一排管子检查发现80只管座存在裂纹（见图2、3），多数在左半集箱，第四排管子发现38只管座存在裂纹，多数在右半集箱。另外检查省煤器出口集箱管道垂直段恒力吊架冷、热态位移基本未变。

图1 图2

图3

3 分析与结论

应电厂要求，相关专业人员进入现场对问题原因进行调查。期间查看了水冷壁出口集箱和省煤器出口集箱的部分管座拉裂情况、水冷壁膨胀固定夹立板拉裂情况、各集箱悬吊系统、省煤器出口管道吊挂系统、锅炉整体向下膨胀情况等。综合检查情况如下：

1. 对比检查1、2号炉热态膨胀情况，发现2号炉膨胀基本在设计范围之内，未发现明显影响炉膛热态膨胀因素。具体膨胀情况如表1、2所示。

表1 1号锅炉膨胀情况统计表（热态50%负荷）

表2 2号锅炉膨胀情况统计表（冷态）

（2）省煤器出口集箱各管座开裂情况无明显分布特征，其悬吊系统存在部分吊杆欠载情况；出口集箱管道竖直段恒力吊架处下极限位，了解冷、热态位置基本未变。省煤器出口集箱材质为15CrMoG，管子材质为SA-210C，两者为异种钢焊接。综合考虑省煤器出口管座开裂原因为集箱吊挂受力分配不均，热态膨胀不平衡，结合异种钢焊接质量不佳导致管座开裂。

（3）水冷壁上集箱各悬吊装置状态良好，未出现过度压缩、失载和偏斜等情况。管座裂纹大多集中于集箱两端，该集箱设计时采用单联箱，长度近10m，受热膨胀时两端处热态膨胀过大，管座间存在较大热应力。此外，2号机组为调峰机组，存在大范围且快速的负荷波动，稳负荷时锅炉烟气出口温度偏差超过200℃，大范围的烟温波动会导致水冷壁壁温变化幅度较大，易于引起接管座处热疲劳损伤，产生管座开裂。

（4）现场安装水冷壁上集箱各接管处光管段长度小于设计值（设计光管段长700mm），管屏鳍片过高，接管处柔度不足，受热膨胀不畅，一定程度上增加了热应力，也是管座开裂的原因之一。

4 建议措施

（1）对省煤器出口集箱各开裂管座进行挖补处理，调整集箱各吊架状态，使集箱能够均匀受力。

（2）对省煤器出口集箱管道各支吊架进行全面检查，对存在问题的支吊架进行及时处理。

（3）对水冷壁膨胀固定夹立板开裂处重新进行补焊，并保证焊接质量。

（4）割除部分水冷壁上集箱连接管处鳍片，并打止裂孔。

（5）对水冷壁开裂管座进行补焊修复，增加接管座强度，后期电厂可按计划对集箱进行分段改造，减少集箱端部膨胀位移。