锅炉水冷壁进口集箱管座泄漏原因分析及改进措施

锅炉水冷壁进口集箱管座泄漏原因分析及改进措施

吴向林 郭晓龙

河北建投任丘热电有限责任公司 062550

Leakage Reason Analysis and Improvement Measures of Boiler Water Wall Inlet Header Pipe Seat

Xiang-lin WU Xiao-long GUO

ABSTRACT: In this paper, the cracking phenomenon of the header pipe joint of the water wall of the boiler in our company is discussed, it is concluded that the reason for the cracking is due to the local strain concentration of the pipe system caused by the wrong connection between the header pipe joint of the water wall inlet and the Grille of the cold ash bucket, and the thermal fatigue fracture induced by the repeated thermal cycle stress during the start and stop of the unit, combined with the deficiency of the equipment design, the effective treatment scheme is put forward, and the better effect is obtained, which has certain practical guiding significance. KEY WORDS: Boiler; Cold Ash Bucket; Imported Header; Crack; Full Weld; Suspension

摘 要:本文针对我公司锅炉水冷壁进口集箱管接头开裂现象进行比较深入的讨论，并判断出开裂原因是由于水冷壁进口集箱管接头与冷灰斗护栅错误的连接方式造成管系局部应变集中，在机组启停的多次热循环应力作用下诱发的热疲劳断裂，结合设备本身设计上的不足， 提出有效的治理方案，并取得了较好的效果，具有一定的实际指导意义。

关键词:锅炉；冷灰斗；进口集箱；拉裂；角焊缝；悬挂。

1引言

我公司一期工程2×350MW机组两台超临界锅炉，锅炉是超临界参数变压运行螺旋管圈的直流燃煤炉，锅炉型式为：超临界参数、对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、半露天布置、全钢构架、全悬吊结构的π型直流煤粉锅炉。本文主要针对#2机组在启动过程中水冷壁进口集箱管接头与冷灰斗护栅焊接处角焊缝发生开裂的现象，我们针对这一现象并进行了设备技改工作，并取得了初步的成效。

2 设备简介

我厂炉膛由下部螺旋水冷壁和上部垂直水冷壁构成，水系统采用集中供水，分散引入、引出方式。下部螺旋水冷壁由438根水冷壁管组成，上部垂直水冷壁由880根垂直水冷壁管组成。螺旋水冷壁和垂直水冷壁均采用膜式全焊接结构，由钢管和扁钢制成。炉膛深12308.7mm，宽14108.7mm，总高54000mm（前后水冷壁下集箱中心线到炉膛顶棚管中心线）。

与水冷壁进口集箱相连的螺旋水冷壁管在炉膛四周以23°35’的螺旋角上升至炉膛折焰角下的37857mm标高处，通过焊接填板与上部垂直水冷壁管连接。螺旋水冷壁节距48mm，由Φ32×6mm材料为SA-213T12的内螺纹管和光管加扁钢焊接而成，扁钢规格为8×16mm，材料为15CrMo。内螺纹管布置在炉膛冷灰斗拐点一直延伸到约33857mm标高处的区域，光管布置在水冷壁灰斗和从33857mm标高延伸到螺旋水冷壁出口的区域。

3泄漏点检查

2018年3月28日，#2机组在停运过程中，锅炉冷灰斗处发生泄漏。泄漏点处于后墙水冷壁进口集箱左数第29根管座处泄露且与集箱连接处吹损，左数第30根管吹损。锅炉冷灰斗护栅与水冷壁进口集箱管接头的角焊缝处，裂纹沿着焊缝根部开裂，长约25mm。水冷壁的管材为SA-213T12，金相检查组织正常；体视显微镜下清楚观察到裂纹位于水冷壁管角焊缝根部，其它水冷壁管角焊缝的根部也存在开裂现象。此处为应力集中区域；表明裂纹已开裂较长的时间。

4 泄漏的原因分析

1. 锅炉在多次启停过程中，由于检修工期原因，多次采取自然通风或强制通风。这样会造成炉膛两侧及冷灰斗处水冷壁的冷却速度较水冷壁中间位置冷却的快，这就造成冷灰斗护栅两侧严重拉裂。

2. 水冷壁与护栅的错误焊接形式，使得焊接残余应力和热应力在角焊缝处集中，在锅炉多次启停的热力循环中不断扩展，最终导致水冷壁管疲劳开裂，发生泄漏。

1. 冷灰斗护栅在安装过程中与个别水冷壁管满焊在一起，连接两者的角焊缝形成应力集中区域，且焊趾处存在残余焊接应力，各种应力在此区域叠加放大。

2. 水冷壁管与护栅连接部位，由于结构和传热点，决定了该部位存在一定程度的结构热应力，且热应力的分布和应力状态较为复杂。护栅与水冷壁管有热传导关系，当锅炉由冷态启动到热态全负荷运行时，水冷壁管受到管内炉水热传导，出现数量相当可观的线性热膨胀。护栅与炉水没有直接的接触，线性膨胀很小。故对于水冷壁和护栅之间的温度差异，不同的热膨胀而产生了一定程度的热应力。

综上所述：由于水冷壁管与冷灰斗护栅之间存在温差，膨胀受阻，应力集中，经过多次启停炉的热循环，造成水冷壁管与护栅角焊缝的拉裂。

5改进措施

将原护栅悬挂与水冷壁进口集箱出口水冷壁管分离，再用特制的螺栓和悬挂板固定。

具体施工如下：

56.25mm间距的每4根水冷壁管支撑一块悬挂板，每块悬挂板间隔8根水冷壁管。挂板14块。悬挂板长度：200.75mm。(图1)

112.19mm间距的每4根水冷壁管支撑一块悬挂板，每块悬挂板间隔8根水冷壁管。挂板42÷4块。悬挂板长度：368.57mm 。(图2)

60mm间距的每4根水冷壁管支撑一块悬挂板。 挂板2块。悬挂板长度：212mm。(图3)

#2炉前、后水冷壁进口集箱共消耗挂板40块。单头螺栓M12×100共需92条，螺纹长25mm。螺母M12共需184个。

材质及规格：

螺栓、螺母材质与挂板材质相同。均为：1cr20ni14si2

设计图如下：

图1 图2 图3

改造后效果图：

技改过程中为了方便今后对水冷壁进口集箱的检查，我们将悬挂护栅分段切开，在检修中松开悬挂板的固定螺栓就可以将护栅分段拉出，可对水冷壁进口集箱的管座和管接头进行检查。

6结束语

1. 锅炉停运后打开人孔自然通风或强制通风，将造成沿炉宽方向水冷壁两侧和中间出现不均匀冷却容易造成水冷壁拉裂。应严禁任何形式的自然通风和强制通风。

2. 冷灰斗护栅直接与水冷壁进口集箱的水冷壁管焊接是造成此次泄漏的主要原因，此乃设计原因造成，应通过悬挂的方式将护栅与水冷壁管分离，消除应力，消除拉裂的隐患。

7参考文献

1. 田钧.加强防磨防爆管理防止锅炉“四管”泄漏[J].山西电力,2005

2. 孙家华,王绪民,吴波,周奎应.超临界锅炉基建阶段“四管”防爆措施[J].中国电力教育,2008

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