600MW亞臨界鍋爐墻再定位管裂紋原因分析及處理

魏篤星

摘要：某廠火電機(jī)組1#～4#鍋爐為亞臨界壓力一次中間再熱控制循環(huán)汽包爐。鍋爐采用擺動(dòng)式燃燒器調(diào)溫，四角布置、切向燃燒，正壓直吹式制粉系統(tǒng)、單爐膛、∏型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)。四臺(tái)機(jī)組于2008年6月21日至2010年6月10日先后建成投產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：再定位管裂紋；600MW亞臨界鍋爐墻

1 定位套管裂紋

2010年7月，在對(duì)1號(hào)機(jī)組進(jìn)行第一次A修受熱面檢查發(fā)現(xiàn)，分隔屏過熱器從左向右數(shù)第二大屏，前墻左側(cè)墻式再熱器夾持管上彎頭處與護(hù)套管拉裂，墻式再熱器管約三分之二處均被拉裂，深約1mm（如圖1），對(duì)定位套管拉裂處，機(jī)械打磨清除，經(jīng)著色探傷檢查確認(rèn)其拉裂部位基本貫穿（如圖2）。

2 結(jié)構(gòu)形式

墻式輻射再熱器布置于爐膛上部的前墻和兩側(cè)墻前部，并將部分水冷壁遮蓋，與水冷壁組裝一起出廠。前墻共布置270根管子，兩側(cè)墻各布置132根管子，管子規(guī)格為Φ60×4，材料為12Cr1MoVG，墻式再熱器管子通過連接板和拉桿與水冷壁相連，墻再與水冷壁之間能相對(duì)移動(dòng)。管子重量分別由墻再出口集箱及墻再進(jìn)口處密封盒承受。其中，由18根再熱器管子均勻間隔分布，突出的三個(gè)90°V型彎頭組成一組，形成兩個(gè)夾槽。對(duì)分隔屏進(jìn)行限位，防止左右擺動(dòng)過大。為防止運(yùn)行中分隔屏在風(fēng)場(chǎng)的擾動(dòng)中擺動(dòng)碰擦傷及墻再母管。因此，在V彎處外壁加裝了保護(hù)套管，長(zhǎng)1175mm，套管一端通過角焊縫固定在母管上（如圖3）。

3 設(shè)計(jì)材質(zhì)規(guī)格及參數(shù)

墻式再熱器管子規(guī)格為Φ60×4，設(shè)計(jì)材質(zhì)為12Cr1MoVG，設(shè)計(jì)溫度328℃，設(shè)計(jì)壓力為3.97MPa。用于固定分隔屏的18根再熱器管子，分為6組，每個(gè)V型彎頭的外壁焊固一根Φ89?13mm套管起到防碰磨的作用，套管設(shè)計(jì)材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti。長(zhǎng)度L=1175mm，從表1合金元素分析結(jié)果，墻再管與設(shè)計(jì)相符，未錯(cuò)用材質(zhì)。

4 金相分析

在墻式再熱器定位套管拉裂部位截取試樣。拋磨、浸蝕后，進(jìn)行微觀組織觀察，金相組織均為鐵素體+珠光體，參考DL/T773-2001《火電廠用12Cr1MoV鋼球化評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)珠光體鋼老化特征的敘述，對(duì)其進(jìn)行老化評(píng)級(jí)，評(píng)定級(jí)別為2.5級(jí)，輕度球化，如圖4所示。

5 綜合分析

從使用的材質(zhì)進(jìn)行合金元素分析，均符合DL/T991-2006《電力設(shè)備金屬光譜分析技術(shù)導(dǎo)則》中要求的金屬材料化學(xué)成分，與設(shè)計(jì)材料相符。微觀對(duì)管材組織老化分析，未發(fā)現(xiàn)管材組織老化，符合要求。

從設(shè)計(jì)制作分析，墻式再熱器定位套管有一端在設(shè)計(jì)上是滿焊在墻再母管上，墻式再熱器管與防磨套管材質(zhì)不同（防磨套管規(guī)格為F89?13，材質(zhì)1Cr18Ni9Ti；再熱器定位管規(guī)格F60?4，材質(zhì)12Cr1MoVG），這種設(shè)計(jì)無(wú)論是在材料的物理性能還是管材的選擇上，對(duì)于焊接在固定部位的異種鋼焊接，其在鍋爐運(yùn)行中產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)墻再管壽命影響考慮不足。兩種固定在一起的不同規(guī)格與材質(zhì)的管材在高溫環(huán)境中必然會(huì)產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，加之，該套管在加工定位管彎頭時(shí)，導(dǎo)致定位套管彎頭彎制時(shí)，在定位焊縫處形成應(yīng)力（外弧為拉應(yīng)力，內(nèi)弧為壓應(yīng)力），為裂紋的產(chǎn)生埋下了隱患；而且機(jī)組長(zhǎng)期在啟停爐過程中再熱器管與防磨套管溫升不同，兩種材料熱膨脹系數(shù)不一致，兩管熱膨脹量不同，線性膨脹系數(shù)差異很大（見表2），工作溫度線膨脹系數(shù)差1.2倍以上。造成再熱器管與防磨套管形成應(yīng)力，應(yīng)力集中在防磨套管定位焊接處，影響到套管和墻再管子之間的自由膨脹和收縮，在運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)從焊縫與墻再管母材的熔合線附近開始開裂，最終導(dǎo)致墻再母管產(chǎn)生裂紋。

6 處理

通過以上分析得出的結(jié)論，針對(duì)宏觀檢查未發(fā)現(xiàn)開裂的17根前墻墻式再熱器夾持管與護(hù)套焊接處角焊縫，經(jīng)機(jī)械打磨清除鐵銹，對(duì)護(hù)套角焊縫進(jìn)行著色探傷檢查又發(fā)現(xiàn)，17根定位管內(nèi)外壁都存在不同程度的裂紋（如圖5）。

本著徹底處理隱患的原則，將防磨套管滿焊一端各割去約50毫米（如圖6）不再進(jìn)行焊接，保證套管和墻再管子之間的自由膨脹和收縮。并對(duì)套管與墻再管焊接處，上下各50毫米機(jī)械打磨清除氧化皮，進(jìn)行著色探傷檢查確認(rèn)裂紋清除，重新焊接，著色探傷、超聲波探傷檢查焊口，無(wú)超標(biāo)缺陷。并對(duì)1號(hào)爐檢查出的隱患缺陷，結(jié)合我廠機(jī)組停爐檢修，重點(diǎn)檢查全廠墻再定位套管焊接處，又發(fā)現(xiàn)類似裂紋54處，得到了及時(shí)消除，避免鍋爐因爆管停機(jī)，確保了機(jī)組安全運(yùn)行。在2013年7月1號(hào)爐B修期間，重新檢查在第一次A修處理過的墻再定位套管補(bǔ)焊處，未發(fā)現(xiàn)異常。

7 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)組的第一次檢查性大修，是可以發(fā)現(xiàn)很多設(shè)備隱患缺陷，并通過分析，制定方案，舉一反三，跟蹤檢查，可以消除相同設(shè)備類似隱患缺陷，并避免隱患缺陷的發(fā)展而導(dǎo)致鍋爐爆管，保障了機(jī)組的安全運(yùn)行。