某600 MW機組鍋爐減溫器混合管缺陷分析及優(yōu)化改造

萬立明，蘇朋，周長文

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 惠來 515223)

0 引言

某600MW機組超臨界參數(shù)變壓直流鍋爐，采用噴水減溫器作為蒸汽溫度調節(jié)裝置。其過熱器布置兩級噴水減溫，第1級位于低溫過熱器出口集箱到屏式過熱器進口集箱連接管，第2級位于屏式過熱器出口集箱和高溫過熱器進口集箱連接管，每一級均在左右兩側各布置1只減溫器;設置再熱器事故噴水減溫，位于低溫再熱器出口集箱至高溫再熱器進口集箱連接管道，也在左右兩側各布置1只減溫器，共6只減溫器。

1 問題描述

半年期間，該鍋爐相繼發(fā)生1次高溫過熱器爆管和1次高溫再熱器爆管:高溫過熱器爆管發(fā)生在A14屏前數(shù)第11根管，位于該管T91過渡管段，根據(jù)爆口形態(tài)判斷為短期過熱爆管，內窺檢查該受熱面管進口被脫落的過熱器二級減溫器圓柱銷完全堵塞;高溫再熱器爆管發(fā)生在A27屏前數(shù)第7根管，根據(jù)爆口形態(tài)判斷為長期超溫爆管，內窺檢查該受熱面管進口被再熱器減溫器圓柱銷局部堵塞;另外，在檢修期間內窺檢查取出另外一個脫落的圓柱銷。兩次爆管事件均為減溫器混合管圓柱銷脫落并被蒸汽帶至高溫過熱器或高溫再熱器進口聯(lián)箱，堵塞受熱面管導致超溫過熱爆漏［1］。

2 圓柱銷脫落原因分析

2．1 減溫器結構分析

過熱器、再熱器減溫器結構基本相同，均由筒身、噴管、混合管以及固定組件組成，如圖1所示。減溫器混合管上游對稱設置兩個圓柱銷(如圖2所示)，圓柱銷放入焊在筒身內壁預埋的圓弧板上的銷孔后與銷孔及墊板焊平，作為混合管相對膨脹固定端?；旌瞎芟掠味瞬垦貓A周均勻設置6個螺釘，在螺紋孔擰緊至頂?shù)酵采砗蠡剞D1/4圈，然后再將螺釘填焊平，以保證混合管相對膨脹自由。

圖1 噴水減溫器示意(過熱器)Fig．1 Schematic of pray-type desuperheater(superheater)

圖2 混合管定位圓柱銷示意Fig．2 Cylindrical location pin of mixing tube

2．2 減溫器圓柱銷工藝分析

減溫器混合管的固定通過圓柱銷、螺釘和噴管等零件來實現(xiàn)，混合管與筒身之間存在一定的間隙，蒸汽流動使得內套筒會產(chǎn)生振動，對圓柱銷施加軸向和周向作用力，如果圓柱銷與圓弧墊板之間的焊接質量不好將導致圓柱銷脫落。

工藝要求圓柱銷下端部應與圓弧墊板及銷孔滿焊［1］后再鏟平打磨焊縫，但集中檢查所取出的3個圓柱銷的焊接痕跡，可以確認在實際安裝時由于施焊位置限制，所有圓柱銷都只是局部(1/3圓周)焊接，甚至點焊(如圖3所示)，因此圓柱銷存在設計和安裝質量缺陷。

圖3 3個圓柱銷局部焊接形貌Fig．3 Local welding profile of 3 cylindrical pins

2．3 減溫器混合管失效分析

減溫器內存在不同溫度的水和蒸汽雙相介質，必然會引起一些部件的溫差，尤其在混合管內減溫水的加熱、汽化、蒸發(fā)、熱交換在不同區(qū)段完成，對應地也存在不同的溫度區(qū)間，減溫器入口和出口之間溫差越大，混合管與筒身的相對膨脹也越大［2］?；旌瞎茉谂蛎浭茏钑r將發(fā)生變形或定位圓柱銷及墊板焊縫部位易產(chǎn)生裂紋或脫焊，混合管移位進而加劇變形。

檢修期間檢查到過熱器、再熱器的減溫器混合管均發(fā)生不同程度變形，尤其是再熱器減溫器混合管變形嚴重，其變形為向上拱起，上部已貼至筒身內壁，下部則出現(xiàn)懸空，相應的下游端定位螺釘頂死在減溫器筒身上壁。分析認為由于減溫器長期運行后混合管發(fā)生變形導致定位螺釘卡死，混合管膨脹受阻后不僅變形加劇，而且使定位圓柱銷也受到嚴重擠壓。

2．4 綜合原因分析

綜上分析認為，由于運行中減溫器混合管存在振動、膨脹受阻及變形等產(chǎn)生的綜合作用力，同時圓柱銷由于設計安裝缺陷僅局部焊接并且焊接質量不好，最終導致圓柱銷在運行期間容易脫落，引起爆管事件。

另外，過熱器、再熱器減溫器雙相介質溫差不同，再熱器減溫器噴水減溫溫差更大、工況更惡劣，但過熱器、再熱器的減溫器混合管定位圓柱銷均發(fā)生脫落，也反映了圓柱銷的設計、安裝質量缺陷突出是共性問題。

3 優(yōu)化改造方案

減溫器混合管定位圓柱銷脫落問題已成為爆管重大隱患和共性問題，為徹底解決減溫器混合管定位圓柱銷固定方式的缺陷，提出改造方案如下。

減溫器內混合管的固定方式由圓柱銷固定方式改為采用固定板將減溫器與混合管直接焊接牢固方式，并且混合管圓周方向增加固定數(shù)量，由原來的2點改為4點固定(如圖4、圖5所示)。為避免直接焊接牢固后混合管溫差變形應力破壞，在固定點間混合管上相應增加4條8 mm寬的膨脹縫設計(如圖6所示)。過熱器、再熱器減溫器改造方案相同。

4 改造工藝要求

(1)考慮到各減溫器混合管在長期使用中產(chǎn)生多處裂紋且變形嚴重，決定按照優(yōu)化改造方案重新制作混合管;安裝混合管要求將減溫器整體切割檢修。

(2)混合管固定板安裝所需梯形槽(切割銷釘處)切割尺寸須保證固定板容易裝焊，注意減溫器筒身內壁墊板保留，需將改造用固定板焊接在該墊板上(固定板與減溫器筒身內壁不直接相焊)。

圖4 混合管直接焊接固定優(yōu)化結構示意Fig．4 Optimized fixing structure of mixing tubes by direct welding

圖5 固定板安裝示意Fig．5 Installation schematic of mixing plate

圖6 混合管固定板間設置膨脹縫結構示意Fig．6 Expansion joint structure between the mixing tubes

(3)混合管4條膨脹縫切割時注意打磨圓滑，所開膨脹縫上不能存在局部缺陷，以免運行時由于脹差應力造成混合管撕裂。

(4)用固定板將減溫器圓弧墊板與混合管焊接牢固，周焊焊高≥8 mm以保證焊縫強度，固定板厚度≥12 mm，固定板焊接嚴格按照對應材質的焊接及金檢規(guī)范執(zhí)行。

(5)混合管下游端部沿圓周6個螺釘在螺紋孔擰緊至頂?shù)酵采砗蠡剞D1/4圈，然后再將螺釘填焊平，保證混合管相對膨脹自由。

(6)減溫器混合管固定方案實施完畢應徹底清除減溫器內雜物，按原工藝要求回裝噴管，然后再恢復原管道。

5 改造實施情況

機組檢修期間對過熱器、再熱器共6只噴水減溫器均實施了混合管固定方式優(yōu)化改造，現(xiàn)場效果如圖7所示。改造后鍋爐運行至今減溫器運行正常，停機期間內窺檢查混合管筒身及固定塊焊縫正常，改造效果良好。

圖7 混合管現(xiàn)場安裝固定塊及膨脹縫形貌Fig．7 Fixed block and expansion joint morphology on installation site of mixing tube

6 結論

通過對該鍋爐減溫器混合管固定方式優(yōu)化改造，改造后減溫器混合管通過4個固定板與墊板直接焊接固定，同時增加膨脹縫避免了混合管溫差變形應力破壞，可以有效避免混合管松動問題以及附件脫落引起堵塞爆管問題，從根本上消除了減溫器混合管定位圓柱銷脫落導致鍋爐爆管的重大隱患。