600MW亚临界锅炉墙再定位管裂纹原因分析及处理

魏笃星

摘要：某厂火电机组1#～4#锅炉为亚临界压力一次中间再热控制循环汽包炉。锅炉采用摆动式燃烧器调温，四角布置、切向燃烧，正压直吹式制粉系统、单炉膛、∏型露天布置、固态排渣、全钢架结构、平衡通风。四台机组于2008年6月21日至2010年6月10日先后建成投产。

关键词：再定位管裂纹；600MW亚临界锅炉墙

1 定位套管裂纹

2010年7月，在对1号机组进行第一次A修受热面检查发现，分隔屏过热器从左向右数第二大屏，前墙左侧墙式再热器夹持管上弯头处与护套管拉裂，墙式再热器管约三分之二处均被拉裂，深约1mm（如图1），对定位套管拉裂处，机械打磨清除，经着色探伤检查确认其拉裂部位基本贯穿（如图2）。

2 结构形式

墙式辐射再热器布置于炉膛上部的前墙和两侧墙前部，并将部分水冷壁遮盖，与水冷壁组装一起出厂。前墙共布置270根管子，两侧墙各布置132根管子，管子规格为Φ60×4，材料为12Cr1MoVG，墙式再热器管子通过连接板和拉杆与水冷壁相连，墙再与水冷壁之间能相对移动。管子重量分别由墙再出口集箱及墙再进口处密封盒承受。其中，由18根再热器管子均匀间隔分布，突出的三个90°V型弯头组成一组，形成两个夹槽。对分隔屏进行限位，防止左右摆动过大。为防止运行中分隔屏在风场的扰动中摆动碰擦伤及墙再母管。因此，在V弯处外壁加装了保护套管，长1175mm，套管一端通过角焊缝固定在母管上（如图3）。

3 设计材质规格及参数

墙式再热器管子规格为Φ60×4，设计材质为12Cr1MoVG，设计温度328℃，设计压力为3.97MPa。用于固定分隔屏的18根再热器管子，分为6组，每个V型弯头的外壁焊固一根Φ89?13mm套管起到防碰磨的作用，套管设计材质为1Cr18Ni9Ti。长度L=1175mm，从表1合金元素分析结果，墻再管与设计相符，未错用材质。

4 金相分析

在墙式再热器定位套管拉裂部位截取试样。抛磨、浸蚀后，进行微观组织观察，金相组织均为铁素体+珠光体，参考DL/T773-2001《火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准》中有关珠光体钢老化特征的叙述，对其进行老化评级，评定级别为2.5级，轻度球化，如图4所示。

5 综合分析

从使用的材质进行合金元素分析，均符合DL/T991-2006《电力设备金属光谱分析技术导则》中要求的金属材料化学成分，与设计材料相符。微观对管材组织老化分析，未发现管材组织老化，符合要求。

从设计制作分析，墙式再热器定位套管有一端在设计上是满焊在墙再母管上，墙式再热器管与防磨套管材质不同（防磨套管规格为F89?13，材质1Cr18Ni9Ti；再热器定位管规格F60?4，材质12Cr1MoVG），这种设计无论是在材料的物理性能还是管材的选择上，对于焊接在固定部位的异种钢焊接，其在锅炉运行中产生的应力对墙再管寿命影响考虑不足。两种固定在一起的不同规格与材质的管材在高温环境中必然会产生一定的热应力，加之，该套管在加工定位管弯头时，导致定位套管弯头弯制时，在定位焊缝处形成应力（外弧为拉应力，内弧为压应力），为裂纹的产生埋下了隐患；而且机组长期在启停炉过程中再热器管与防磨套管温升不同，两种材料热膨胀系数不一致，两管热膨胀量不同，线性膨胀系数差异很大（见表2），工作温度线膨胀系数差1.2倍以上。造成再热器管与防磨套管形成应力，应力集中在防磨套管定位焊接处，影响到套管和墙再管子之间的自由膨胀和收缩，在运行一段时间后会从焊缝与墙再管母材的熔合线附近开始开裂，最终导致墙再母管产生裂纹。

6 处理

通过以上分析得出的结论，针对宏观检查未发现开裂的17根前墙墙式再热器夹持管与护套焊接处角焊缝，经机械打磨清除铁锈，对护套角焊缝进行着色探伤检查又发现，17根定位管内外壁都存在不同程度的裂纹（如图5）。

本着彻底处理隐患的原则，将防磨套管满焊一端各割去约50毫米（如图6）不再进行焊接，保证套管和墙再管子之间的自由膨胀和收缩。并对套管与墙再管焊接处，上下各50毫米机械打磨清除氧化皮，进行着色探伤检查确认裂纹清除，重新焊接，着色探伤、超声波探伤检查焊口，无超标缺陷。并对1号炉检查出的隐患缺陷，结合我厂机组停炉检修，重点检查全厂墙再定位套管焊接处，又发现类似裂纹54处，得到了及时消除，避免锅炉因爆管停机，确保了机组安全运行。在2013年7月1号炉B修期间，重新检查在第一次A修处理过的墙再定位套管补焊处，未发现异常。

7 结束语

机组的第一次检查性大修，是可以发现很多设备隐患缺陷，并通过分析，制定方案，举一反三，跟踪检查，可以消除相同设备类似隐患缺陷，并避免隐患缺陷的发展而导致锅炉爆管，保障了机组的安全运行。