锅炉减温器裂纹原因分析及改进措施

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欢迎访问e展厅 展厅 1 发电站设备展厅 电力锅炉, 汽轮机, 水轮机, 燃气轮机, 核电设备... 摘　要：通过介绍云浮发电厂水室式减温器的结构和特点，说明水室式减温器裂纹产生的具体部位，指出减温器引进管裂纹产生的原因是温差大引起应力集中造成的；环形水室裂纹产生的原因是结构和材料不合理引起的。最后，针对裂纹产生的原因，采取了相关的改进措施。 关键词：减温器；温差；应力；裂纹 为了保证机组的安全运行，维持稳定的蒸汽温度非常重要，因为蒸汽温度过高会使金属的许用应力下降，危及机组安全运行。过热蒸汽、再热蒸汽温度在锅炉运行中受许多因素的影响，其温度波动是不可避免的。为保证机组的安全、经济运行，必须装设可靠的汽温调节装置，以修正一些运行因素对汽温波动的影响。 1 喷水减温器 蒸汽温度的调节有蒸汽侧的调节和烟气侧的调节。现代大型锅炉过热蒸汽温度的调节主要是通过喷水减温器改变蒸汽热焓来调节汽温。喷水减温器的结构形式很多，按喷水方式有：单喷头减温器、水室式减温器、旋涡式喷嘴减温器、多孔喷管式减温器。 云浮发电厂第一期工程的2台锅炉是上海锅炉厂设计生产的超高压中间再热自然循环汽包炉，型号为SG-420/13.7-419。锅炉过热器系统设有Ⅰ，Ⅱ级喷水减温器，分别布置在前屏过热器后和对流过热器前，喷水减温器结构形式为水室式减温器，由文丘里喷管、水室及混温管组成，见图1。在文丘里喷管喉口处布置多排直径为3mm的小孔，减温水首先引入喉口处的环形水室，再由其中的喷孔喷入汽流，喷孔水速度约1m/s，喉口处蒸汽速度为70～120 m/s。采用文丘里喷管可以增大喷水与蒸汽的压差，改善混合状况。 水室式减温器原设计喷水是采用自制冷凝水，水温为饱和蒸汽的温度，与过热蒸汽的温差小。现在大多数电厂设计采用给水作为减温水，来自给水泵出口。 2 喷水减温器裂纹原因分析 2.1 喷水减温器内窥检查情况 2001年1号机组大修时，结合锅炉压力容器检验，对Ⅰ级、Ⅱ级喷水减温器进行内窥检查，发现乙侧Ⅱ级喷水减温器的减温水引进管在连接螺纹部位开裂，见图2。 2002年2号机组大修时，对Ⅰ级、Ⅱ级喷水减温器做为重点项目检验，内窥检查又发现甲侧、乙侧Ⅱ级喷水减温器的减温水引进管在连接螺纹部位开裂，环形水室表面也发现裂纹，见图3。Ⅰ级喷水减温器未发现裂纹。 2.2 宏观检查 切开减温器联箱封头，从联箱外松开混温管的固定螺丝，抽出喷水减温器，发现水室表面已开裂，检查联箱内壁未发现裂纹。环形水室焊接于文丘里喷管喉口处，磨去焊缝，取下环形水室，检查发现水室内壁靠近减温水引进管部位有大量的裂纹，见图4。文丘里喷管喉口部位未发现裂纹。 2.3 从减温器结构和材料上分析 水室式减温器结构较复杂，变截面过多，焊缝多，在喷水量多变的情况下易产生较大的温差应力，减温水引进管与水室采用螺纹连接，螺纹规格为M 36 mm×2 mm，在连接处和螺纹退刀槽存在较大应力集中。水室、喷水管设计材料为20G钢，光谱分析为碳钢，文丘里喷管材质为12Cr1MoV，有关资料显示，在相同的交变应力作用下，12Cr1MoV材料抗疲劳寿命是20G钢的二倍。设计上，假如单从温度上考虑，20G钢能满足要求，而未考虑抗疲劳强度。 2.4 减温器工作状况分析 调峰机组，由于负荷变化大和运行的不稳定性，燃烧的变化滞后于负荷的变化，过热蒸汽的温度会存在一定程度的上升，为保护过热器管壁不超温，势必要求频繁调节减温水量，而减温水量的变化势必引起减温水引进管、环形水室壁温的变化，设计上，Ⅱ级喷水减温器蒸汽介质温度为486 ℃，减温水温度为156 ℃。壁温的变化取决于减温水流量的变化，当减温水流量达最大时，壁温接近于减温水温度；当减温水流量为零时，壁温接近于蒸汽介质温度。由此来看，减温水引进管、环形水室壁温的变化在156～486 ℃之间，存在较大的温差应力。 综上所述，减温水引进管裂纹原因是由于在连接处和螺纹退刀槽存在较大应力集中，在较大的温差应力作用下，产生应力裂纹。环形水室裂纹原因是结构不合理，减温水是首先引入喉口处的环形水室，承受较大的温差交变应力，加上设计上选择材质未考虑抗疲劳强度， 采用抗疲劳强度较低的20G钢，长期运行过程中，在高的温差交变应力作用下，环形水室内 壁产生热疲劳裂纹。 3 改进措施 针对上述情况，采取了以下相应的改进措施： 　 a) 为提高材料抗疲劳寿命, 2号炉大修时，把Ⅱ级喷水减温器水室、喷水管材料更换为12Cr1MoV，这样不仅提高水室抗疲劳强度,而且文丘里喷管材质为12Cr1MoV, 在水室与文丘里喷管焊接工艺上更佳，同材质膨胀系数一样，可相对降低膨胀应力。 b) 为了降低连接处和退刀槽的应力集中，把减温水引进管的螺纹规格改为M36 mm×1mm。 c) 通过可行性分析，了解到有些大机组是采用高温加热器后给水作为减温水，把来自给水泵出口的减温水改为来自高温加热器后给水管道。采用高温加热器后给水作为减温水，可提高减温水温度90 ℃，资料表明，温差降低90 ℃，材料使用寿命约提高一倍。 d) 改进检验方法，以往大修，某厂对减温器的检查，是采取割开联箱手孔后，用手电筒检查，检查部位是混温管，对水室表面和喷水管连接螺纹是检查不到的。每次大修应采用内窥镜对水室表面和喷水管连接螺纹进行检查。 4 结束语 由于减温器的损坏最终引起联箱产生热疲劳裂纹，许多电厂都会经常发生，关键是处理方法是否正确，应采用内窥镜检查方法。水室表面和喷水管连接螺纹是检查的重点，混温管的下部、喉口附近部位也应列为检查重点。一旦减温器的损坏造成联箱裂纹，后果严重，因此，运行中应加强减温器的监督工作。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/22/2005)