超超臨界機組鍋爐再熱器減溫器進水管開裂泄漏原因分析及處理

閆 飛

（浙能中煤舟山煤電有限責任公司，浙江舟山316131）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，超超臨界鍋爐市場占有率逐年提高，但超超臨界鍋爐參數(shù)高，隨著累計運行小時數(shù)增加，也會暴露出一些新的問題，引起了學者及專家們的關注。趙洪彪等[1]闡述了噴水減溫器定期檢驗的重要性；武云鵬[2]介紹了一種具有創(chuàng)新性的再熱器減溫水系統(tǒng)的改造方案，為鍋爐再熱器減溫水系統(tǒng)的改造提供了參考；尹俠等[3]從運行工況變化說明了再熱蒸汽噴水減溫器調(diào)節(jié)頻繁會使減溫器出現(xiàn)裂紋，嚴重影響鍋爐安全運行，并提出了改進措施；曹建文等[4]主要介紹了超超臨界鍋爐再熱器減溫器結構原理和常見故障；魏道君、李平善等[5-6]分析了再熱器減溫水調(diào)節(jié)閥常見故障及優(yōu)化措施等。遺憾的是沒有發(fā)現(xiàn)有超超臨界鍋爐再熱器減溫器進水管開裂事件的相關研究。因此，本文進行了超超臨界鍋爐再熱器減溫器進水管開裂事件的分析研究，以為電廠減少類似事故的發(fā)生提供參考。

1 設備系統(tǒng)介紹

浙江某電廠1、2號機組為2臺2×1 000 MW的超超臨界機組，這2臺機組分別于2014年7月和9月投產(chǎn)。其中，鍋爐主蒸汽設計溫度為605℃，再熱蒸汽設計溫度為603℃，再熱器減溫水水溫為170℃，再熱器減溫水管道所在爐頂小室內(nèi)環(huán)境溫度為540℃。

再熱器汽溫主要通過布置在尾部豎井煙道底部的煙氣調(diào)溫擋板調(diào)節(jié)。通過自動調(diào)整擋板到適當位置來調(diào)節(jié)尾部豎井前、后煙道的煙氣分配，以保證控制負荷范圍內(nèi)的再熱汽溫保持在額定值。為適應變負荷或事故工況的需要，在低溫再熱器進口管道以及低溫再熱器出口集箱與高溫再熱器進口集箱之間的交叉管道上布置有4個再熱器減溫器，每只減溫器由單獨的調(diào)節(jié)閥來控制。減溫器進水取自鍋爐給水泵的中間抽頭。當鍋爐負荷快速變化時，可用再熱器噴水至減溫器來精確快速地控制再熱汽溫，當鍋爐負荷穩(wěn)定后應通過調(diào)溫擋板調(diào)節(jié)將再熱器噴水量恢復。

2 再熱器減溫器進水管泄漏情況

該電廠2014年2臺機組分別投產(chǎn)，投產(chǎn)后由于再熱器減溫器多處出現(xiàn)裂紋開裂，多次對再熱器減溫器進行檢查檢修，故未引起設備異常。但近期發(fā)現(xiàn)鍋爐爐頂大罩外部出現(xiàn)水滴現(xiàn)象，并有蒸汽冒出，懷疑爐頂大罩內(nèi)部有泄漏。經(jīng)技術人員進入爐頂大罩內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)，爐后左側再熱器減溫器進水管距離減溫器焊口上部約1 cm處，有1道橫向裂紋。在鍋爐再熱系統(tǒng)水壓試驗中，再次發(fā)現(xiàn)鍋爐前左側再熱器減溫器進水管直管段有2處橫向裂紋，這2處裂紋與第一次發(fā)現(xiàn)的裂紋形狀相似。

3 再熱器減溫器進水管泄漏的原因分析

針對再熱器減溫器出現(xiàn)的開裂，對泄漏的再熱器減溫器進水管縱向割開，對管道內(nèi)壁進行滲透檢測檢查，發(fā)現(xiàn)該直管段內(nèi)壁布滿橫向裂紋，越靠近減溫器，其管道內(nèi)壁裂紋深度和長度越嚴重。根據(jù)該情況，對另外1臺鍋爐再熱器進水管管道內(nèi)部進行PT檢查，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁也存在不同程度的橫向裂紋，經(jīng)分析裂紋形成原因為熱疲勞。

為進一步驗證開裂原因，技術人員在4根再熱器進水管開裂位置分別增裝1個壁溫測點（測點位于爐頂大罩內(nèi)部，靠近減溫器處），經(jīng)排查，該管壁溫頻繁交變，交變次數(shù)如表1所示。

表1 再熱器進水管壁位交變次數(shù)次

在再熱器減溫水投用時減溫器進水管壁溫溫度為170℃左右，在再熱器減溫水未投用時減溫器進水管壁溫被爐頂小室內(nèi)環(huán)境溫度加熱至530℃左右。當減溫水投用時，減溫器進水管壁溫被減溫水降溫至170℃左右，故當減溫器減溫水投撤時，減溫器進水管溫度在170～530℃之間反復變化，溫差范圍達360℃。在撤出減溫水時，減溫器進水管壁溫從170℃被爐頂小室內(nèi)環(huán)境溫度加熱緩慢上升至530℃，加熱時長約15 min，減溫器進水管壁溫變化速率為24℃/min；在投入減溫水時，減溫器進水管壁溫從530℃降至170℃，時長約2 min，減溫器進水管壁溫變化速率達180℃/min。再熱器減溫水每年投撤次數(shù)為8 010～15 121次，與表1中再熱器進水管壁溫交變次數(shù)相同，再熱器減溫水反復投撤使減溫器進水管頻繁受到較大的熱沖擊，最終形成熱疲勞裂紋。

4 防止再熱器減溫器進水管開裂的措施

a）優(yōu)化管道壁厚，升級管道材質。該電廠再熱器減溫器進水管材質為T22，壁厚7.5 mm。再熱器減溫器進水管材質可以升級為T91，管道材質升級為T91后其強度提高，抗熱疲勞性能提高，該材料對應壁厚3 mm即可滿足強度要求。同樣，再熱器進水管采用壁厚7.5 mm的T91材質，可以顯著提高抗疲勞性能[7]。

b）優(yōu)化運行工況，減少再熱器減溫器進水管投用次數(shù)。再熱器減溫器減溫水設計為事故噴水，再熱器減溫器進水管開裂的主要原因是再熱器減溫水頻繁投入導致，需及時優(yōu)化吹灰，調(diào)整燃燒，減少再熱器減溫水投入頻次，同時對再熱器溫度調(diào)節(jié)時過熱器、再熱器擋板聯(lián)動邏輯進行優(yōu)化，提高再熱器汽溫調(diào)節(jié)性能[8-9]。

c）優(yōu)化系統(tǒng)，從低溫再熱器引入冷卻蒸汽進入再熱器減溫器進水管。從低溫再熱器進口集箱引入冷卻蒸汽，該冷卻蒸汽溫度約350℃，將該蒸汽引入再熱器減溫器進水管，同時在低溫再熱器進口集箱至減溫器進水管之間增裝逆止閥。正常工況減溫水調(diào)節(jié)閥關閉，低溫再熱器進口集箱蒸汽進入減溫水進水管，使再熱器減溫器進水管溫度保持在350℃左右。當減溫水調(diào)節(jié)閥開啟時，低溫再熱器進口集箱至減溫器進水管之間的逆止閥關閉，減溫水通過再熱器減溫器進水管進入減溫器，減溫水進水管溫度與減溫水溫度一致，約為170℃。通過該結構優(yōu)化，可以使減溫器進水管溫度變化范圍由原來的530～170℃優(yōu)化為350～170℃，使減溫器進水管熱疲勞的應力大幅度減少，提高了再熱器進水管使用壽命。

d）設備設計布置優(yōu)化。再熱器減溫器是作為事故噴水時使用的設備，但大多數(shù)電廠存在頻繁使用再熱器減溫器，導致設備失效情況發(fā)生。因此，新機組選型時應充分優(yōu)化減溫器及減溫器進水管布置方式，將進水管設置在爐頂小室外部，減少溫度頻繁交變，同時利于設備檢修更換。

5 結束語

目前，超超臨界鍋爐在我國電力市場占有率越來越高，其運行經(jīng)驗也越來越豐富，但累計運行時間長了就會暴露出一些新問題，如再熱器減溫器進水管開裂造成的非停事故等。因此，加強對超超臨界鍋爐的研究，對再熱器減溫器進水管開裂的情況進行分析，意義重大。本文所做的研究還較粗淺，提出的防止再熱器減溫器進水管開裂措施也存在一些不足，但能為其他電廠減少類似事故的發(fā)生提供借鑒。