600MW超临界直流锅炉顶棚入口联箱管座开裂原因分析及对策

姚闯

（河北省西柏坡发电有限责任公司河北石家庄050400）

摘要：针对某电厂600MW火力发电机组1950t/h超临界锅炉顶棚过热器泄漏的现象，分析认为顶棚入口集箱管座开裂泄漏与锅炉过热器系统的结构特性、膨胀受阻有关，易造成管子拉裂。经过研究分析，制定相应对策，采取增加设备柔性、消除膨胀受阻等措施，在2015年检修中进行了现场改造。经实际运行未发生过泄漏，值得在火力发电行业同类机组中大力推广。

关键词：管座；开裂；膨胀；对策

引言

锅炉“四管”泄漏是所有发电厂常见事故，约占到机组故障的45%左右，是影响机组安全性和可靠性的主要因素[1]。随着我国国民经济和电力工业的迅速发展，600MW火力发电机组已是火电厂的主力机组。我国的600MW机组大部分为引进技术型国内制造机组，因其结构设计不合理造成锅炉泄漏而引发的机组停运事故时有发生。对此就河北省西柏坡发电厂锅炉顶棚入口联箱管座开裂泄漏的问题，进行了原因分析并制定了可靠相应对策和改造方案。经实际运行考验，改造方案十分成功。

1.设备概述

某电厂2台1950T/h超临界锅炉为北京巴布科克·威尔科克斯（B&WB）有限公司生产B&WB-1950/25.41-M型超临界直流锅炉。单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、露天布置的型锅炉。炉膛由模式水冷壁构成，炉膛上部布置屏式过热器，炉膛遮焰角上方布置两组高温过热器；在水平烟道上布置了垂直高温再热器；尾部竖井分由中隔墙分成前后两个烟道，前部布置水平再热器，后布置低温过热器和省煤器。

2.顶棚入口联箱管座存在的问题及分析

2.1锅炉顶棚汽水系统

来自水冷壁的工质先分两路进入顶棚管出口集箱，其中一路从水冷壁出口混合集箱→20根φ159×22mm、材料为12Cr1MoVG的导管→顶棚进口集箱→292根φ60×9mm，节距为75mm的15CrMoG顶棚管→顶棚管出口集箱。锅炉顶棚管进口集箱位于炉顶大包前侧，集箱规格φ406.4×75mm，材料为12Cr1MoVG。集箱总长22.12m，整个顶棚管和穿墙管处的密封结构。锅炉结构如图1所示。

图1水冷壁和包墙工质流程示意图

2.2锅炉顶棚入口集箱管座受力分析

锅炉顶棚管入口集箱在运行过程中，随机组的启停和快速升降负荷都必将经过一次热胀冷缩的过程；联箱上管座角焊缝受到不同程度的拉伤，有的已形成裂纹如图2，随着机组的启停，裂纹还将逐渐增大。由于上述原因，为保证机组长期安全可靠运行，#5炉后水冷壁锅炉顶棚管进口集箱管座改造是非常必要的。

图2#5炉顶棚入口集箱管座泄漏

钢102是经长期实践证明具有优良综合机械性能、工艺性能、焊接性能和较高热强性的材料，已广泛使用于过热器和再热器，没有发现过材质的迅速脆化问题，从锅炉顶棚入口集箱管座的受力分析可以知道，由于入口管与顶棚集箱的膨胀量不同，以及其设计不合理，在实际的运行工况下，顶棚入口集箱管座将承受很大的热应力；不管是拉应力还是压应力，它们产生的应变将加速管座的开裂[2，3]。锅炉顶棚集箱和入口管由于材质不同、壁温不同，其膨胀量也必然不同，如图3所示。锅炉顶棚集箱在受热后受到F1和F2的拉应力，向左右俩侧膨胀，顶棚管受热后受到F3和F4的拉应力。焊接应力是温度分布不均的热应力和相变引起的组织应力；加上在焊接时，导热系数的不同，膨胀系数的不同使焊口产生非常大的应力集中。再加上膨胀量的不同，顶棚管和管座间会出现胀差，导致了管座开裂的产生。

图35#炉顶棚入口集箱受力分析

3.锅炉顶棚入口联箱改造

从改造的必要性中可以看出，彻底消除顶棚入口集箱管座角焊缝上的裂纹，则必须消除或减小其相对膨胀量，消除或减小联箱管座角焊缝的应力。另一个方面是增加水冷壁管子的柔性，吸收膨胀不均产生的应力，从而消减小联箱管座角焊缝的应力。故提出如下改造方案。

在不影响其它设备的前提下将锅炉顶棚入口集箱分为两段布置，φ406.4×75mm，材料为12Cr1MoVG，数量2个，长度11m；可以降低膨胀量约50%。

4.结论

自2011年4月至今一年的时间内，2台B&WB-1950/25.41-M型锅炉已发生3次因集箱管座角焊缝开裂事故，造成机组被迫停运，平均每台炉每年发生1.5次管座角焊缝开裂事故，累计停运时间125个小时，损失电量75000MW，按上网电价40元/MW计，仅少发电造成的损失约300万元。

实施该项目改造后，实际运行良好，消除了因此造成的爆管停运事故。机组运行1年时间可减少损失300万元，经济效益显著。在同类型机组和同类型设计的顶棚入口集箱上采用上述方案是可行的、可靠的、有较高的实际应用价值。

参考文献：

[1]《火力发电厂金属材料手册》编委会．火力发电厂金属材料手册[M]．北京：中国电力出版社，2001

[2]郭小红，王春礼，张国伟.某超临界锅炉水冷壁上集箱接头裂纹分析[J].锅炉制造.2012（5）：47-49

[3]胡新芳，岳增武，于光强.低温过热器入口联箱管座角焊缝裂纹原因分析[J].焊接质量控制与管理.2006（5）：57-58.