亞臨界機組末級再熱器磨損原因分析及治理

孔維剛

（神華河北國華定州發(fā)電有限責(zé)任公司，河北定州 073000）

0 引言

某電廠一期2臺鍋爐均為SG-2008/17.47-M903型亞臨界壓力、中間一次再熱、控制循環(huán)爐，噴燃器采用四角切圓方式，單爐膛裝型露天布置，運轉(zhuǎn)層以下采用緊身封閉，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，固態(tài)排渣。過熱蒸汽流量2008 t/h，過熱蒸汽出口壓力17.47 MPa，蒸汽出口溫度540℃。再熱蒸汽流量1662 t/h，再熱蒸汽出口壓力3.81 MPa，蒸汽出口溫度540℃。

再熱器由墻式輻射再熱器、屏式再熱器和末級再熱器三級組成。末級再熱器位于爐膛折焰角水平煙道內(nèi)，共計76片，每片有10根管子并列套管組成。橫向節(jié)距為254 mm，管子規(guī)格為634，材料為12CrMoVG及T91。管間采用不銹鋼板制成的梳形管卡定位，沿高度布置4處，橫向定位用不銹鋼板通過U形圓鋼與各管屏相連，以保持管屏間的橫向節(jié)距。為減少同屏熱偏差，屏式再熱器和末級再熱器采用塔式布置，即屏式再熱器和末級再熱器最外面4圈管子根據(jù)計算結(jié)果，縮短其長度，使同屏管子的流量偏差得到改善，同屏各管的汽溫接近，且最高管壁金屬溫度均在材料允許使用溫度以下。

2007年1#爐爐膛內(nèi)泄漏報警。停爐檢查發(fā)現(xiàn)末級再熱器發(fā)生3處爆管，爆管材料為T91。至本次檢修停機共運行10 630 h。

1 爆管原因分析

停爐后進入爐膛檢查，發(fā)現(xiàn)末級再熱器左數(shù)第18，19，20排管子已經(jīng)大片爆開（圖1），其中19排外第6根損壞最為嚴(yán)重，管子已經(jīng)大面積損壞且減薄嚴(yán)重，應(yīng)該是最先爆開管子。周圍其他爆開管子大多為吹損爆口，爆口面積大，管子無明顯脹粗，管壁減薄嚴(yán)重。 觀察爆口部位均位于梳形定位管卡處附近。對爆管附近管段進行測厚檢驗，近爆口管段都有減薄現(xiàn)象，遠離爆口部分管段未發(fā)現(xiàn)減薄現(xiàn)象。

圖1 爆口形貌

對爆管進行相關(guān)試驗分析，金相組織無異常，力學(xué)性能指標(biāo)符合要求，因此斷定管子非因過熱原因爆管。

因此，從外觀形貌、試驗結(jié)果和檢查情況來看，本次爆管的主要原因為管子與管卡間磨損嚴(yán)重、超過強度計算壁厚指標(biāo)要求。

2 磨損原因分析

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，末級再熱器管排在定位管卡安裝處有磨損現(xiàn)象，主要集中在由北向南數(shù)第18，19，20，21排，由東向西第2，3，4，5，6，7根磨損部位在管子與梳形定位管卡接觸處，磨損部位多達80多點，磨損深度0.5～2.0 mm。部分已超過標(biāo)準(zhǔn)要求的磨損減薄量大于壁厚的30%的換管要求，嚴(yán)重威脅機組的安全穩(wěn)定運行。

在2007年至2008年的機組3次檢修中，均對此部位進行檢查，每次檢查發(fā)現(xiàn)磨損超標(biāo)點均在60～80點。說明此部位磨損的速率和面積都比較大。

2.1 管卡結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理

管卡的結(jié)構(gòu)為梳形管卡，管子間的梳齒為片狀（圖2）。在安裝時要求管子與梳形定位卡梳齒應(yīng)保持2～3 mm間隙，由于定位管卡制造時存在尺寸偏差問題或在施工時未按照安裝要求進行，造成管子與梳齒的間距大小不一，不能滿足合適的間距，出現(xiàn)管子與梳齒接觸的情況。當(dāng)管屏或管子發(fā)生振動時，管子與梳齒產(chǎn)生相對運動，造成磨損。隨著運動的加劇，由開始的點面接觸變?yōu)榫€面接觸，磨損速度加快。

2.2 煙氣擾動造成管子振動

由于四角切圓燃燒的特點是整個爐膛為一個燃燒單元，四角氣流相互作用，在爐內(nèi)形成逆時針方向的旋轉(zhuǎn)氣流。到末級再熱器所在位置時，還存在一定的殘余旋轉(zhuǎn)，并在流速分布不均的作用下，使末級再熱器的管屏產(chǎn)生振動，管子與梳齒發(fā)生磨損。

圖2 管卡型式

2.3 管卡變形造成間隙發(fā)生變化

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)個別管卡在高溫下長時間運行后發(fā)生變形，或管卡偏離了原始固定位置發(fā)生扭曲變形（圖3），這樣造成管屏受力情況發(fā)生改變。管子與梳齒原始安裝間隙發(fā)生變化，部分管子與梳齒間隙變小甚至沒有間隙，還有部分間隙變大。由于間隙的變化改變了管卡與管子的接觸面積和受力情況，為管道磨損留下了隱患。

圖3 管卡扭曲變形

3 預(yù)防措施

管卡設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理是造成磨損的主要原因。由于更換管卡的工作量比較大，在未對原管卡進行更換的情況下，建議采取以下預(yù)防措施。

（1）加強運行工況的調(diào)整，合理分配一、二次風(fēng)比例，防止因煙氣擾動造成的管屏振動。

（2）利用機組檢修期間，對末級再熱器進行全面檢查，對管子磨損深度超過壁厚30%的部位及時進行換管處理，對12Cr1MoV材料管子磨損深度未超過壁厚30%的部位進行補焊處理。對變形或移位的管卡進行恢復(fù)處理。

（3）檢查拖塊是否有脫落的部位，及時進行恢復(fù)。

（4）對管子與梳齒的間隙進行調(diào)整，避免發(fā)生碰磨。

4 改進措施

合理的管卡結(jié)構(gòu)是解決末級再熱器磨損的關(guān)鍵，因此，對對管卡結(jié)構(gòu)型式進行了改進，采用雙半圓形抱卡結(jié)構(gòu)型式（圖4、圖5），這樣管子與管卡為面接觸，有效增大了管子與管卡的接觸面積，減緩了磨損程度。

圖4 新管卡示意

圖5 新管卡

5 結(jié)束語

在2008年9月機組檢修中對原管卡進行了改型更換。多次利用機組小修期間，對更換的管卡磨損情況進行了檢查，未發(fā)現(xiàn)有磨損跡象，說明此管卡的結(jié)構(gòu)型式，解決了末級再熱器的磨損問題。