彭晓林
四川广安发电有限责任公司 四川 广安 638000
摘要：锅炉是火电厂的基本设备之一，锅炉的安全稳定运行直接影响着电厂能否长周期运行，据统计，锅炉“四管”泄漏是造成电厂非停的最常见形式，一般占机组非停的５０％以上，最高可达到７０％，严重影响着机组的经济性。屏式再热器管是火力发电厂锅炉“四管”的重要设备之一，布置于炉膛出口烟道处，同时吸收辐射热和对流热进行热交换，由于内部工质压力相对其他受热面较低，通常屏式再热器受热面管壁设计较其他受热面薄，更容易发生泄漏。在正常运行中，如果锅炉屏式再热器发生泄漏，就只有采取强迫停运而进行抢修。其泄漏严重影响了火力发电厂的正常生产，直接的经济损失为几十万至上百万元。
关键词：屏式再热器;泄漏原因;解决方案;
引言
鉴于我国能源结构特点，火力发电在今后若干年中依然是主要的发电方式。随着我国电力工业的发展，火力发电机组采用效率更高、参数更高、单机容量更大的超临界和超超临界机组，当前主蒸汽压力和温度已达到２８ＭＰａ、６２０℃水平，正在向３０～３５ＭＰａ、７００℃水平发展［１－２］。近年来，在国家环境保护方针的指引下，低粉尘、低ＣＯ２、低ＮＯｘ排放成为主流，因此降低燃煤发电机组的能耗是我国可持续发展的重要任务。１０００ＭＷ等级的超超临界机组肩负起这一使命，不断优化设计，成为节能减排的主力军。该等级锅炉受热面设计时，根据用户需求，设定了锅炉主蒸汽压力、再热蒸汽压力、温度、燃料特性、给水温度、过量空气系数和各种热损失等额定参数，但在实际运行时由于受各种因素影响，不能获得设计工况。
1泄露原因检查分析
1.1外观检查
裂纹位于７ｍｍ壁厚管子侧变径退台根部，距离对接环焊缝２８ｍｍ处，沿管子环向延伸发展。原始爆口最大宽度约１５ｍｍ，环向长度约６０ｍｍ，爆口两端平整，未见明显塑性变形，爆口附近未见明显减薄。对爆口附近进行超声波测厚，发现爆口附近的壁厚减薄不明显，排除磨损和吹损的爆管可能。
1.2现场检查
对高温再热器管屏的其他钢管进行胀粗检查，未发现胀粗超标管。对钢管内部和进、出口集箱内部进行内窥镜检查，未见有异物，集箱管孔无堵塞，钢管对接焊缝无影响流量的焊瘤缺陷。对弯管部位进行射线检查，未见氧化皮堆积堵管，排除因堵塞造成超温爆管。通过分析减温水投、退等数据，排除了减温水过投引起的水塞超温。对同屏及其他屏钢管进行取样分析，组织检测结果和力学性能均合格。
1.3流量不均
再热蒸汽自低温再热器由左、右两根导管分别引至炉前屏式高温再热器的高温入口集箱。进口母管和出口汇集母管方向相反，呈U形走向布置，进、出口静压变化方向相同。正常工况下，一对出入口（3屏管屏）之间的压力差基本一致，流量偏差也很小。但当负荷低于锅炉设计最低稳燃负荷（即100MW，30%BMCR）时，会造成各集箱之间的流量分配极为不均。而实际运行当中，机组负荷波动较大，负荷低于100MW的情况屡有发生。介质在屏式高温再热器内走向呈Z形分布[4]。在入口集箱处，蒸汽介质在气流走向的纵向截面上的流量因分配给各并联管而不断减少，动压p2也沿集箱长度方向而逐渐降低，但静压p1则呈逐步升高的趋势，即同一管屏中第1根管的静压最低，第30根管的静压最高。
而出口处情况相反，当蒸汽介质从各受热管汇入出口集箱时，沿集箱长度方向上汽流向集箱内不断汇聚、流量逐渐增大，动压逐渐升高，静压逐渐下降直至达到最小，即第1根管的静压最高，第30根管的静压最低，使得钢管的进、出口压差Δp即（p1-p2）最大，导致流量分配不均匀。此外，同一屏高温再热器管屏的边管变形较大、管程阻力也大，入口处无节流孔板等也能导致同屏边管即第1、第15、第16和第30根管的壁温较高。尽管不同负荷条件下壁温的平均值处于管材的允许范围之内，但偏差管的温度却长期处于较高水平，且在出口段焓增最大、换热最差的部位壁温最高，再加上频繁深度调峰工况的作用，管间的流量偏差更为严重，更易导致钢管超温的发生。
1.4金属分析
爆口形貌：从爆口断面可以看出，爆口段无明显胀粗现象，断面存在明显的裂纹扩展台阶纹路，内壁部位为裂纹源区，两端为撕裂区，其他部位为裂纹扩展区。具有典型的疲劳断口特征，裂纹发源于管子内壁台阶根部，可以看出存在明显的划痕痕迹。综合分析后得出：泄漏位置存在截面突变。管排内圈管子弯曲半径小，管子弯制时壁厚减薄量大，采用了厚壁管，为了保证对口平齐，在焊口附近３０ｍｍ范围内，厂家对管子内壁进行了车削，在车制过程中操作不当会导致根部存在尖锐划痕，划痕根部缺口敏感性强，为裂纹的产生创造了条件。按照ＤＬ／Ｔ８６９－２０１２《火力发电厂焊接技术规程》要求，焊件对口时，内壁（或根部）尺寸不相等而外壁（或表面）齐平时，变径台阶角度为１５°，保证变径处平缓过渡，减小了此处应力集中现象。本次锅炉屏再泄漏处加工尺寸不合格。造成了此处应力集中。
1.5附加应力
屏式高温再热器管屏下部异种钢焊口以下部分为散管供货，中部为膜式整体结构，顶部通过顶棚水冷壁让位后穿出顶棚，每屏设计有2组弹簧吊架，下部经2个45°弯头后从水冷壁前墙穿出，用密封盒焊死。设计管屏膨胀方式：下部跟随水冷壁前墙向下膨胀，上部自由向上膨胀。因锅炉启动时再热器干烧和膨胀受阻等原因，导致管屏变形严重。泄漏点所处的出口段部位为变形的弯曲起点，向下呈严重的波浪变形，最严重处管屏横向位移约1m。因此，泄漏点部位同时承受管内介质内压力和附加弯曲变形应力，在锅炉启停、深度调峰及升降负荷等工况下，汽温、汽压、炉内温度快速变化[8-9]，因管屏与水冷壁膨胀不一致等因素导致泄漏点处承受的应力情况极为复杂。
2解决方案
排查同类型锅炉屏式再热器内变径结构形式，只有屏式再热器底部夹屏管圈与内１圈为内变径结构形式，共计４８排，每排４根管。利用停炉机会对同类型锅炉相同问题屏式再热器底部夹屏管圈与内１圈进行更换，并将目前的１２Ｃｒ１ＭｏＶＧ材质提升为Ｔ９１材质，在消除变径管凸台易造成应力集中隐患的同时提高管子强度。对同类型的过热器、再热器受热面管道进行排查，对存在内壁加工台阶的部位，利用金属监督手段利用停机机会进行着重检查，根据检查结果制定相应的防磨防爆方案，在检修中进行检查。鉴于金属检测缺乏有效手段，对于内壁裂纹，只能进行超声波检测，但是超声检查存在困难，原因如下：如果从薄壁侧检查，由于焊口至台阶距离较小，探头没有移动空间，无法有效检出裂纹；如果从厚壁侧检查，由于存在台阶的端角反射，判断较困难。因此，定做特殊的探头及试块，便于检查。对同类型机组四管泄漏部位材料进行收集，锅炉专业组织学习借鉴经验，做到提前预防、提前检查、提前处理，将设备隐患及时消除。
结束语
(1)坚持逢停必检的原则，加强对受热面管的检查。重点检查管排出列及烟气走廊问题并及时消除[10]；(2)入炉煤质劣化，应充分发挥防磨盖板的作用，增加防磨盖板的数量，同时缩短更换周期，真正启动防护作用，尤其是烟气温度较低磨损严重的尾部烟道区域，应重点加强此方面的工作。
参考文献
[1]梁雪莱.某电厂锅炉屏式再热器泄漏原因分析及解决方案[J].内蒙古科技与经济,2021(06):115-116+131.
[2]郑建军,张涛,谭晓蒙,孙云飞.屏式再热器弯管开裂泄漏失效原因分析[J].金属加工(热加工),2019(10):38-40.
[3]李健.某电厂锅炉屏式再热器泄漏分析[J].电站系统工程,2019,35(04):33-35.
[4]张伟妮.电站锅炉屏式再热器管失效分析[J].发电设备,2019,33(01):21-24.