某电厂锅炉屏式再热器泄漏原因分析及解决方案

梁雪莱

(内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古 托克托 010206)

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。

以某台亚临界参数600MW锅炉的屏式再热器泄漏事件作为工程的实际案例，并结合其他亚临界600MW锅炉的类似问题，进行分析与总结，找到泄漏问题源头，提出解决方案。

1 锅炉概述

某厂屏式再热器布置于前炉膛折焰角上方，为减少再热器阻力，屏式再热器到高温再热器采用管子直接相连，取消了中间集箱。屏式再热器共48片，每片由19圈管子并联组成，管径Φ63×4mm，横向节距381mm，材料为12Cr1MoVG、T91、TP347H。

2 事件经过

2016年12月20日12时28分，机组负荷481MW，主汽温度539℃，主汽压力16.10MPa；再热汽温度536℃，再热器压力2.87MPa，引风机、送风机、一次风机双列运行，A、B、C、E、F磨煤机运行，机组其余运行参数正常。锅炉四管泄漏报警装置第5、11、13 3个通道指示偏高，就地检查炉右53m IK8长吹灰器附近声音较大，试关吹灰手动门，声音未见明显减小，初步判断泄漏部位为炉右53m标高屏过、屏再区域，汇报值长，经网调批准，12月21日晚22时40分停炉检修。

12月23日停炉冷却后进行检查，确认屏在右数第5排，前数第20根夹屏管变径处裂口为首爆口(φ63×7mm+φ63×4mm，12Cr1MoVG)，见图1。其泄漏后吹漏右数第5屏前数19根，内圈第一弯、内圈第二弯垂直段，吹损右数第6屏从内向外数第2、3弯向火面直管段，测厚在2.4mm～3.0mm之间。安排对屏式再热器右数第5、6屏泄漏及吹损管段及弯管进行全部更换。

图1 屏式再热器漏点示意

3 泄露原因检查分析

3.1 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。见图2所示。

图2 第20根管道漏点情况

3.2 超温检查

通过查找屏式再热器壁温测点分布记录表，并和泄漏管屏位置进行对比分析，右数第5屏与左数第44屏为同一屏管排，壁温测点装设在该管屏的第6根管上，查看该温度测点1个月内的温度变化趋势，最高温度分别为370.44℃、372.62℃，低于管壁允许温度580℃，不存在超温现象，见图3。

另外，测量屏式再热器右数第5排前数第20根管道泄漏位置及相邻管子的胀粗情况，以泄漏点为基准，分别往上测量8m，往下测量1m，最大值为63.10mm，无胀粗现象，排除超温爆管可能。

表1 屏式再热器壁温测点(#1机临修新增10HAH20CT236-239)

说明：屏的顺序定义，背对汽包(即面向后墙)，从左往右看依次为屏1、2、3……管道的顺序定义，屏式再热器联箱是东西走向安装，其中屏式再热器共有48个屏，管道垂直安装在联箱两侧。测点安装在联箱的管道上，从后墙往前墙数，依次为管道1、2、3……19，每个屏靠前墙侧安装有9根管，靠后墙侧安装有10根管。

图3 壁温运行曲线

3.3 核实之前防磨防爆检查情况记录

锅炉点检员及防磨防爆检查人员对屏式再热器泄漏位置检查重视不够，结构不清，每次检查以屏式再热器穿屏管处机械磨损、吹灰通道的吹损、管道变形出列、弯头磨损、管屏固定管夹脱落磨损开展检查工作。只对该区域进行了磨损、吹损的检查，未发现有磨损、吹损的现象。

3.4 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，见图4。

图4 断口外观形貌

裂纹发源于管子内壁台阶根部，从图5可以看出存在明显的划痕痕迹。

图5 台阶根部划痕

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/T 869-2012《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°，如图6所示，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。

图6 对口尺寸要求

裂口部位应力情况复杂，前数第19根管子和前数第20根管子是同一根管子回绕而成，起固定管排的作用，管子在运行中受到管排晃动产生的应力、约束管排产生的弯曲应力、热应力、蒸汽压力产生的应力。

在应力长期作用下，划痕根部产生裂纹，裂纹不断扩展，最终导致开裂泄漏，是导致此次泄漏爆管的主要原因。

具体原因分析：①锅炉屏式再热器右数第5屏夹屏管变径处开裂，是造成此次事件的直接原因。 ②屏式再热器夹屏管在7mm变4mm时，厂家直接将管子内径车削3mm，在变径处形成凸台，导致焊接接头处不同壁厚管子变径台阶角度不满足焊规要求，不同壁厚管子焊接接头处须平缓过渡，变径台阶角度应为15°。大角度变径，造成此处应力集中，是导致此次泄漏爆管的主要原因。

4 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，见图7。因此，定做特殊的探头及试块，便于检查。

图7 超声检测示意

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。

5 结论

对于现有及新建亚临界600MW锅炉屏式再热器泄漏的解决方案可概括为：①排查全厂锅炉存在变径结构的受热面管，查看图纸并联系锅炉厂家核对制作工艺，同时利用机组等级检修期间抽查部分变径结构受热面管，检查其变径区域是否满足工艺要求。②受热面管变径内壁裂纹，定做特殊的探头及试块 ，利用停炉机会全面进行检查，将隐患消除在可控范围内。③对其他厂家同类型机组泄露区域资料进行收集，组织锅炉检修人员学习借鉴，做到防患于未然。