某发电厂锅炉微量喷水减温器右侧弯头开裂的原因分析与处理措施

某发电厂锅炉微量喷水减温器右侧弯头开
裂的原因分析与处理措施
1. 概况
某发电厂3号炉为亚临界压力、中间再热、自然循环、单炉膛、平衡通风、尾部双烟道燃煤汽包炉，4月17日运行中发现微量喷水减温器右侧弯头下焊口发生泄漏，至此运行总小时数为71643.56h 。

4月24日停炉检修，如图1为泄漏现场，泄漏部位在环焊缝的弯头外弧侧。

据了解，在三年前1月小修时曾更换过此弯头。

另外，6年前9月4日在左侧弯头下焊口也出现相同情况的泄漏，见图2。

图1 右侧弯头泄漏现场 图 2左侧弯头焊口附近开裂 2. 裂纹外观及渗透探伤检查
对泄漏部位进行宏观检查，裂纹长度大约550mm ，开口较小，裂纹附近无明显塑性变形，见图3，现场检修割下弯头，发现开裂部位在弯头下焊口直管段的内坡口退刀槽处，检查发现退刀槽部分地方没有圆滑过渡，出现1～2mm 高度的台阶。

图3 爆口开裂情况 图4 开裂部位直管段内壁 退刀槽 裂纹
渗透探伤检查发现裂口下方直管段内壁和弯头内壁外弧有少量裂纹，裂纹较浅，如图4、图5所示，在离弯头下焊口500～900mm左右的直管段发现大量网状裂纹，经打磨，其深度大约为2mm，见图6。

图5 弯头内壁少量裂纹图6 弯头下部直管大片网状裂纹
3.原因分析
（1）喷水减温的影响
3号锅炉再热汽温的调节设计主要依靠尾部双烟道烟气挡板，低再至高再的左右导汽管道上还布置了喷头式微量喷水减温器作为微调手段，并调节左右侧汽温偏差。

另外低温再热器进口管道上还设有事故喷水减温器，用来控制紧急事故状况下再热器进口汽温。

但在实际运行中，由于尾部双烟道烟气挡板调节再热汽温存在滞后现象，微量喷水减温器喷水减温也成为再热汽温偏高时的一种重要调节手段。

目前再热蒸汽减温水由给水泵中间级抽取，温度约160℃左右。

而低再出口蒸汽温度约470℃左右。

因此在正常运行情况下，导汽管壁温为470℃左右。

当大量的减温水瞬间喷入时，由于二期锅炉微量喷水减温器筒体较短（一期锅炉为6m，二期锅炉为4.182m），虽然已改用多孔喷嘴，但从喷嘴到减温器后弯头较短的行程内，减温水的雾化和混合很难达到理想状况，这样减温器后弯头及下焊口的外弧侧范围受到较低温度介质的热冲击，导致该范围管壁的内壁温度突然降低，产生较大的内外壁温差和伴随其的较大的内外壁温差热应力。

随着频繁投入的喷水减温次数的增加，在受影响较大部位不断产生和累积热疲劳损伤，继而引起热疲劳裂纹的萌生和发展。

因为内外壁交变温差热应力在管壁表面是双向受拉和双向受压交替的，所以一般管壳部件内外壁交变温差造成的热疲劳裂纹为“网状”或“丛状”形貌，3号锅炉微量喷水减温器后弯头与直管的大部分内壁裂纹
正符合这种形貌特征。

（2）弯头焊缝处结构的影响
对割下的弯头进行宏观检查发现，开裂部位位于弯头下焊口直管段的内坡口退刀槽处，退刀槽局部没有圆滑过渡，出现1～2mm高度的台阶，另外通过端部形状观测发现，内壁削薄段存在形状不规范、直段和斜段过渡不连续的现象，这些形状缺陷的存在较大幅度地增大了该部位的应力水平。

而且退刀槽处向壁厚方向凹进，减小了该处的壁厚（退刀槽处实际最小壁厚大约19mm左右），降低了该处的承载能力。

较大的壁厚差也造成焊口两侧部件刚度的较大差异，使连接部位的附加应力增大。

综上所述，当减温喷水造成的内外壁温差较大时，在弯头下焊口部位弯头直管内壁削薄段过渡圆角处的局部应力是相当大的。

因此喷水造成的交变热应力与此处本身存在的应力集中相叠加，造成外弧侧内壁削薄段过渡圆角部位存在环向分布的高应力应变带，最终导致裂纹在薄弱处产生和扩展，进而发生泄露。

4.处理
（1）针对频发的微量喷水减温器出口弯头的开裂事件和内壁存在的大量网状热疲劳裂纹现象，从安全角度和经济性出发，微量喷水不适宜作为再热蒸汽温度调节的主要手段，因此建议加强二期锅炉尾部双烟道烟气挡板摆动机构的维护，恢复其作为调节再热蒸汽温度主要手段的功能。

（2）在弯头更换和备品的采购验收中，应严格要求其材质状况、尺寸和形状偏差、弯头端部形状和表面质量，避免存在较严重的应力集中和强度薄弱区。

（3）建议向制造厂家了解同类型机组的运行状况、处理措施及相关建议。