600MW机组辅汽联箱及其疏水系统优化改造

600MW机组辅汽联箱及其疏水系统优化改造

陶玉梁

广东大唐国际潮州发电有限责任公司 广东省潮州市 515723

摘要：潮州发电公司2号锅炉为600MW机组，锅炉型号为HG-1900/25.4-YM4型，超临界参数、直流炉、双切圆燃烧方式、固态排渣、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、全钢构架、全悬吊结构，Π型锅炉。2号炉辅汽联箱从汽轮机四抽及启动锅炉供汽，用于除氧器供汽、小机轴封供汽、磨煤机消防蒸汽、锅炉侧油枪吹扫蒸汽及启动初期空预器吹灰供汽，在冷再供辅汽电动阀及调节阀前有两路疏水管路排入汽机热井中，由电动阀（J961H－25 DN25）控制，但在辅汽联箱上无疏水系统。自机组投入商业运行后，先期该联箱的附件除氧器供汽三通、四抽供汽三通的环形焊缝经常开裂漏汽，至2016年初，联箱母材也开始出现自内向外的径向环形裂纹。辅汽系统布置于锅炉四层给煤机平台靠汽机C列墙处，该处检修作业频繁，严重影响作业人员的人身安全及机组的安全稳定运行。

关键词：600MW机组辅汽联箱；疏水系统；优化改造

1.1焊缝表面裂纹理化性能分析

依据《容检规》的规定，当检验发现焊缝表面裂纹时，若需要进行焊缝埋藏缺陷部位的检测，应对样品进行扩展检验项目[1]-[3]。因此，我们首先对焊缝进行了以下的理化分析：

1.2 宏观形貌分析

焊缝的宏观形貌可见，样品裂纹位于焊缝与母材结合处，位于管道底部，呈环向开裂，，裂纹在内壁长约12 mm，其他部位未见宏观裂纹缺陷；外壁焊缝处曾进行过补焊，未见明显缺陷。

1.3 化学成分分析

按照GB/T 223-2000《钢铁及合金化学分析方法系列国家标准》对管样进行化学成分分析，管样的化学成分符合GB/T 5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》对20号钢管的要求。

1.4金相分析

样品内外壁（去除补焊块）及组织的金相形貌显示，表明样品从管道内壁角焊缝热影响区开裂，裂纹沿壁厚方向向管道外壁和环向扩展；此外，样品焊缝部位存在多处空洞及裂纹，裂纹呈穿晶型，主裂口附近存在二次裂纹，但样品的焊缝、热影响区和母材组织均未见异常。

1.5维氏硬度分析

按照GB/T 4340.1在HVS-50型维氏硬度机上对金相样进行维氏硬度试验，试验载荷为30 kgf，保载时间12秒，结果如表2所示。可以看出，管道样品的母材硬度符合DL/T 438-2016《火力发电厂金属技术监督规程》对20钢管硬度126~168 HV的要求，环焊缝处硬度符合DL/T 869-2012《火力发电厂焊接技术规程》对焊缝的要求，即同种钢焊接接头热处理后焊缝的硬度，不超过母材布氏硬度值加100 HB，且合金总含量小于或等于3%，布氏硬度值不大于284 HV。

表1  维氏硬度测试结果  单位：HV

1.6失效原因分析

经过详细分析，辅汽联箱焊缝频繁开裂的原因主要为以下三点：

（1）辅汽联箱内长期存在积水，管道内部与蒸汽接触部分和与积水接触部分温度不均，使管道发生翘曲，进而使焊缝应力异常，母管及其附件疲劳损坏，如图2（a）所示。

为此，我们采用有限元软件ABAQUS对20号钢管Φ3779进行了失效仿真模拟，依据现场实验及测定设定积水区域钢管温度为180ºC，其余区域钢管温度范围为180~340ºC，钢管顶部区域温度为340ºC。可以看出，如图2（b）所示，钢管由于上下温度差较大导致积水侧应力超标，与实际观察情况相吻合。

图2 实物图及有限元分析模型

（2）辅汽联箱从#301固定支架至#306滑动支架间的水平距离约25米，在较长的管线上布置了4组导向支架、2组滑动支架，造成管线刚度较大，柔性不足；

（3）管线接口较多，辅汽联箱水平段有6个三通，各个管端对辅汽联箱均有推力，当几个管端对辅汽联箱的推力不协调时，容易使联箱发生扭曲。

2、项目/技术成果背景

根据上述原因分析，在辅汽联箱上加装膨胀吸收装置和疏水系统，消除其在运行过程中的因内部介质温场变化频繁产生温场应力及膨胀受阻应力，防止联箱母材及焊缝产生温场疲劳裂纹、膨胀受阻开裂事件的发生，保障机组的安全、稳定、经济运行。

3、技术原理及性能指标或项目实施方案与成果

（1）总体思路

在辅汽联箱上加装膨胀吸收装置和疏水系统，消除其在运行过程中的因内部介质温场变化频繁产生温场应力及膨胀受阻应力，防止联箱母材及焊缝产生温场疲劳裂纹、膨胀受阻开裂事件的发生，

（2）技术方案

1)在联箱两处最低点增加两路自动疏水管路，疏水汇入收集母管后排入疏水扩容器。

2)在辅汽联箱上增加π型弯管，并在π型弯两侧直管段处加装框式导向支架，使辅汽联箱膨胀能够用π型弯管吸收。

3)更换老化备件（至除氧器三通一个、安全阀三通两个、至小机供汽三通一个、DN350 PN25法兰两个）。

4）实施效果

潮州发电公司1号炉于2019年02月、2号炉于2021年02月改造完成，运行至今未出现母材及焊缝开裂漏泄事件发生，同时疏水回收至疏水扩容器，也解决了现场“冒白烟”问题，效果较好。

4、项目/技术的创新、创优点；

（1）在辅汽联箱上增加π型弯管，并在π型弯两侧直管段处加装框式导向支架，使辅汽联箱膨胀能够用π型弯管吸收。

（2）在联箱两处最低点增加两路自动疏水管路，疏水汇入收集母管后排入疏水扩容器。

5、应用情况或经济、社会效益；

潮州发电公司1号炉于2019年02月、2号炉于2021年02月改造完成，运行至今未出现母材及焊缝开裂漏泄事件发生，同时疏水回收至疏水扩容器，也解决了现场“冒白烟”问题。本技术应用使用效果较好，具有一定的推广价值。

6、结束语

本发明在哈锅600MW机组（HG-1900/25.4-YM4型）辅汽联箱上首次应用了π型弯管技术，并在π型弯两侧直管段处加装框式导向支架，使辅汽联箱膨胀能够用π型弯管吸收，在联箱两处最低点增加两路自动疏水管路，疏水汇入收集母管后排入疏水扩容器。解决了辅汽联箱母材及焊缝开裂漏泄事件发生，同时疏水回收至疏水扩容器，也解决了现场“冒白烟”问题。本技术应用使用效果较好，具有一定的推广价值。