300MW四角切圆锅炉折焰角应力爆管分析与处理

明辉发1  王倩2

（2六盘水师范学院图书馆，贵州  六盘水  553000）

摘要：4号锅炉型号为SG-1025/17.44-M860，型式为亚临界一次中间再热中间储仓式自然循环汽包炉。布置形式为单炉膛Π型平衡通风四角切圆燃烧，上层为双通道自稳燃，下层为水平浓淡固定式燃烧器，固态机械排渣全钢梁悬吊式，露天布置，燃用无烟煤。

关键词：爆管；折焰角；水冷壁；原因分析；处理；效果观察

一、检查与处理

4号炉折焰角水冷壁应力爆管从2021年12月18日至今，一共发生3起泄漏，分别是：

1、第一次爆管：2021年12月18日 ，锅炉标高50.1米,B侧向 A侧数第61根水冷壁管开裂泄漏以及吊挂管吹损减薄泄漏，缓坡段第57-58、91-94根开裂损伤，陡坡段第30-31、59、104-07根开裂损伤。B往A侧数第 61根水冷壁管泄漏，爆口起始于水冷壁管和密封焊缝部位有明显的密布的横向裂纹和纵向裂纹。

2、第二次爆管：2022年08月26日，折焰角下斜坡段（鹅颈管向上约300mm标高）A侧向B侧数第24根水泄漏，水冷壁管呈张口形状爆开，开口长度约680mm，张口宽度110mm，并有从多纵横向宏观裂纹，A侧向B侧数第22-23、25、52、53、54、55、102-115共计11根应力损伤开裂需要更换，共计需要更换12根水冷壁管。

3、第三次爆管：2022年12月20日，发现4号炉折焰角水冷壁A-B第51-55急转缓吊挂管靠高再，长度每颗约2000mm,第21-26急坡段距鹅头200mm长度约每颗2000mm应力损伤开裂需要更换，共计需要更换11根水冷壁管。

4、第四次爆管：检查情况：2023年02月22日，检查发现4号炉折焰角下斜坡段（鹅颈管向上约1100mm标高）A侧向B侧数第34根水冷壁管泄漏，水冷壁管呈张口形状爆开，开口长度约550mm，张口宽度110mm，并有从多纵横向宏观裂纹，A侧向B侧数折焰角急坡段：第37-40；72/73、84-87；102/103，15根应力损伤开裂需要更换，折焰角缓坡段:第50-55；31-36；95-98，16根应力损伤开裂需要更换，共计需要更换31根水冷壁管。

二、原因分析及历次处理

图1  4号炉折焰角示意图及爆管宏观照片

1、原因分析：

1）4号炉运行累计小时达 10万余小时，根据锅炉结构、失效部位、外部工况、内部工况、爆口宏观形貌特征，结合金属材料的物理性能、化学性能、工艺性能、力学性能、焊接工艺以及金属材料失效机理和典型特征综合，3次折焰角受热面发生爆管符合“低周疲劳”失效特征。

2）后墙水冷壁上集箱和折焰角上集箱支吊架发生应力松弛，导致折焰角排管上联箱弯曲。引起折焰角区域局部水冷壁膨胀间隙发生变化，导致膨胀间隙不足，膨胀受阻而产生较高结构应力集中。

3）折焰角区域受热面局部水冷壁膨胀间隙发生改变，导致部分膨胀间隙不足，发生膨胀受阻而产生较高应力集中。

4）受热面水冷壁管发生纵横向结构应力腐蚀。

2、历次处理方法

表1

序号	处理措施	处理时间	处理后运行时间几检查情况
1	1、折焰角水冷壁A-B第81-86急转缓弯头，第60/61水冷壁让管（风箱制作盒子密封）。第50-53缓坡段直管裂纹（平均2.4米）更换，急坡段第105-08直管裂纹（500mm)更换，第10根吊挂管更换。 2、运行中定期对后墙水冷壁和折焰角排管上联箱吊杆打紧处理 3、本次未焊接鳍片密封，采取折焰角风箱制作盒子密封。	2021.12.19	累计195天，连续运行最长82，期间停运2次，检查未见异常
2	1、折焰角水冷壁A-B第22-24（爆口）/25急坡段靠折焰角边缘22为直管，其余为班组热弯弯头，长度平均每颗4米，第52-55急转缓吊挂管靠高再，长度每颗约400mm,第102-115急坡段高过下方长度约每颗2米共计27道焊口。 2、运行中定期对后墙水冷壁和折焰角排管上联箱吊杆打紧处理	2022.08.28	连续109天，定期对后墙水冷壁和折焰角排管上联箱吊杆打紧处理
3	1、折焰角水冷壁A-B第51-55急转缓吊挂管靠高再，长度每颗约2000mm,第21-26急坡段距鹅头200mm长度约每颗2000mm，共计22道焊口 2、运行中定期对后墙水冷壁和折焰角排管上联箱吊杆打紧处理。 3、密封双密焊接。	2022.12.20	连续运行59天，定期对后墙水冷壁和折焰角排管上联箱吊杆打紧处理
4	1、折焰角水冷壁陡坡段：A-B第23-24、102-103增加膨胀弯管(2400mm)，82-86更换直管(400mm)。 陡转缓：A-B第54更换弯管（1700mm） 缓坡段：A-B第31-36、51-55增加膨胀弯（2700mm）,81-85更换直管（600mm）,95-99增加膨胀弯（2100mm)。所有膨胀弯下均做有盒子接灰，并浇注。 2、密封处理：第33-34、第54-55、80-81、97-98之间密封全部割除，下方已做接灰盒均浇注。 3、更换折焰角排管4根原有吊杆，并增加3根。	2023.02.25	连续运行48天，定期对后墙水冷壁和折焰角排管上联箱吊杆打紧处理
5	折焰角水冷壁陡坡段：A-B第72-73直管更换为膨胀弯管(2400mm)，72-73之间密封从鹅头至前包墙拉膨胀缝	2023.05.14	截止2023年10月25日连续运行157天

3、处理结果观察

1）设置膨胀弯区域没有再发生应力腐蚀，但在72/73陡坡段出现了应力集中（调停后检查发现，进行了增设膨胀弯和拉膨胀缝处理）。

2）单纯更换应力腐蚀管道及密封，运行时间只有59天。

3）折焰角排管联箱支吊架更换下来复核未发现增长变细。

4）折焰角排管联箱重新找平后，经过48天运行后复核未发现变形。

三、小结

在实际生产中引发金属疲劳的因素多，情况复杂。近年来，在国内四角切圆的300MW锅炉折焰角水冷壁出现水冷壁疲劳爆管，常规检修手段下设备安全可靠性大幅下降。

分析：在火电机组长期的频繁启停和调峰中，不仅对锅炉炉内管产生疲劳，各受热面悬吊装置也受到应力冲击，使得实际特殊的折焰角悬吊管和后墙水冷壁上集箱吊杆性能大幅降低或提前失效，引发炉内管道低周疲劳爆管。下一阶段打算：

①重视返修焊缝、手工焊缝的检验。大部分鳍片补装采用单面焊接，甚至采用偏心贴补形式，与原制造鳍片不连续，产生应力集中和附加应力；火电机组灵活性调峰，工况频繁变化，使水冷壁焊缝及鳍片承受交变应力和在非设计工况下运行，加剧水冷壁鳍片拉裂失效。

②建立风箱内折焰角管屏限位块膨胀间隙台账，排查折焰角水冷壁水平度和上集箱弯曲度，当发生超标和趋势情况后及时进行调整和控制。

③更换有缺陷的折焰角水冷壁管，并在该管系折焰角区域增设U型膨胀弯，折焰角风箱内制作密封盒替代原来鳍片密封。

通过上述措施后，结构应力损伤大大降低，连续运行超170天，锅炉达到安全稳定经济运行。鉴于锅炉金属处于复杂的应力环境中，该项工作处理中涉及到金属材料、材料力学、工程力学、传热学、工程热力学等诸多学科，除了需要加大对现场数据收集力度和持续跟踪相关数据变化，多方收集数据进行横比和纵比，还要坚持多渠道收集的开放思维和事无巨细的严谨思维，提升专业深度、广度和敏感性。随着科技的发展，要注重对新技术、新材料的文献收集，用技防压实设备健康水平，提升了安全保障和工作效率。

参考文献:

[1]王引棣等.锅炉设备检修技术问答[J].中国电力出版社，2003.

[2]纳雍电厂运行规程、检修规程.2018年编写使用.

[3]大型锅炉爆破原因分析.人民出版社,1985.

[4]传热学.华北电力学院编,1987.

[5]现场设备、工业管道焊接工程.中国计划出版社,1998.

[6]300MW火力发电机组丛书第一分册 燃煤锅炉机组.中国电力出版社,1998.

作者简介：

明辉发（1980.06—），男，汉，贵州遵义，本科，学士，中级工程师，主要研究方向：锅炉本体检修。

王  倩（1978.07—），女，布依族，贵州望谟，本科，学士，副研究馆员，主要研究方向：图书文献资源建设。