某600MW机组锅炉减温器混合管缺陷分析及优化改造

某600MW机组锅炉减温器混合管缺陷分析及优化改造

摘要：某600MW机组锅炉由于减温器混合管定位圆柱销脱落导致过热器、再热器相继爆管，对此，在全面分析定位圆柱销脱落机理及原因的基础上，提出并实施了减温器内混合管的固定方式由圆柱销固定方式改为采用固定板将减温器与混合管直接焊接牢固方式的优化改造方案，有效避免混合管松动问题以及附件脱落引起堵塞爆管问题。

关键词：机组锅炉减温器清洗

0、引言

某600MW机组超临界参数变压直流锅炉，采用喷水减温器作为蒸汽温度调节装置。其过热器布置两级喷水减温，第1级位于低温过热器出口集箱到屏式过热器进口集箱连接管，第2级位于屏式过热器出口集箱和高温过热器进口集箱连接管，每一级均在左右两侧各布置1只减温器;设置再热器事故喷水减温，位于低温再热器出口集箱至高温再热器进口集箱连接管道，也在左右两侧各布置1只减温器，共6只减温器。

1、问题描述

半年期间，该锅炉相继发生1次高温过热器爆管和1次高温再热器爆管：高温过热器爆管发生在A14屏前数第11根管，位于该管T91过渡管段，根据爆口形态判断为短期过热爆管，内窥检查该受热面管进口被脱落的过热器二级减温器圆柱销完全堵塞;高温再热器爆管发生在A27屏前数第7根管，根据爆口形态判断为长期超温爆管，内窥检查该受热面管进口被再热器减温器圆柱销局部堵塞;另外，在检修期间内窥检查取出另外一个脱落的圆柱销。两次爆管事件均为减温器混合管圆柱销脱落并被蒸汽带至高温过热器或高温再热器进口联箱，堵塞受热面管导致超温过热爆漏。

2、圆柱销脱落原因分析

2.1减温器结构分析过热器、再热器减温器结构基本相同，均由筒身、喷管、混合管以及固定组件组成，如图1所示。

减温器混合管上游对称设置两个圆柱销(如图2所示)，圆柱销放入焊在筒身内壁预埋的圆弧板上的销孔后与销孔及垫板焊平，作为混合管相对膨胀固定端。混合管下游端部沿圆周均匀设置6个螺钉，在螺纹孔拧紧至顶到筒身后回转1/4圈，然后再将螺钉填焊平，以保证混合管相对膨胀自由。

2.2减温器圆柱销工艺分析减温器混合管的固定通过圆柱销、螺钉和喷管等零件来实现，混合管与筒身之间存在一定的间隙，蒸汽流动使得内套筒会产生振动，对圆柱销施加轴向和周向作用力，如果圆柱销与圆弧垫板之间的焊接质量不好将导致圆柱销脱落。

工艺要求圆柱销下端部应与圆弧垫板及销孔满焊后再铲平打磨焊缝，但集中检查所取出的3个圆柱销的焊接痕迹，可以确认在实际安装时由于施焊位置限制，所有圆柱销都只是局部(1/3圆周)焊接，甚至点焊(如图3所示)，因此圆柱销存在设计和安装质量缺陷。

2.3减温器混合管失效分析减温器内存在不同温度的水和蒸汽双相介质，必然会引起一些部件的温差，尤其在混合管内减温水的加热、汽化、蒸发、热交换在不同区段完成，对应地也存在不同的温度区间，减温器入口和出口之间温差越大，混合管与筒身的相对膨胀也越大。混合管在膨胀受阻时将发生变形或定位圆柱销及垫板焊缝部位易产生裂纹或脱焊，混合管移位进而加剧变形。

检修期间检查到过热器、再热器的减温器混合管均发生不同程度变形，尤其是再热器减温器混合管变形严重，其变形为向上拱起，上部已贴至筒身内壁，下部则出现悬空，相应的下游端定位螺钉顶死在减温器简身上壁。分析认为由于减温器长期运行后混合管发生变形导致定位螺钉卡死，混合管膨胀受阻后不仅变形加剧，而且使定位圆柱销也受到严重挤压。

2.4综合原因分析综上分析认为，由于运行中减温器混合管存在振动、膨胀受阻及变形等产生的综合作用力，同时圆柱销由于设计安装缺陷仅局部焊接并且焊接质量不好，最终导致圆柱销在运行期间容易脱落，引起爆管事件。

另外，过热器、再热器减温器双相介质温差不同，再热器减温器喷水减温温差更大、工况更恶劣，但过热器、再热器的减温器混合管定位圆柱销均发生脱落，也反映了圆柱销的设计、安装质量缺陷突出是共性问题。

3、优化改造方案减温器混合管定位圆柱销脱落问题已成为爆管重大隐患和共性问题，为彻底解决减温器混合管定位圆柱销固定方式的缺陷，提出改造方案如下。

减温器内混合管的固定方式由圆柱销固定方式改为采用固定板将减温器与混合管直接焊接牢固方式，并且混合管圆周方向增加固定数量，由原来的2点改为4点固定。为避免直接焊接牢固后混合管温差变形应力破坏，在固定点间混合管上相应增加4条8mm宽的膨胀缝设计。过热器、再热器减温器改造方案相同。

4、改造工艺要求

(1)考虑到各减温器混合管在长期使用中产生多处裂纹且变形严重，决定按照优化改造方案重新制作混合管：安装混合管要求将减温器整体切割检修。

(2)混合管固定板安装所需梯形槽(切割销钉处)切割尺寸须保证固定板容易装焊，注意减温器简身内壁垫板保留，需将改造用固定板焊接在该垫板上(固定板与减温器筒身内壁不直接相焊)。

(3)混合管4条膨胀缝切割时注意打磨圆滑。

所开膨胀缝上不能存在局部缺陷，以免运行时由于胀差应力造成混合管撕裂。

(4)用固定板将减温器圆弧垫板与混合管焊接牢固，周焊焊高≥8mm以保证焊缝强度，固定板厚度=12mm，固定板焊接严格按照对应材质的焊接及金检规范执行。

(5)混合管下游端部沿圆周6个螺钉在螺纹孔拧紧至顶到筒身后回转1/4圈，然后再将螺钉填焊平，保证混合管相对膨胀自由。

(6)减温器混合管固定方案实施完毕应彻底清除减温器内杂物，按原工艺要求回装喷管，然后再恢复原管道。

5、改造实施情况机组检修期间对过热器、再热器共6只喷水减温器均实施了混合管固定方式优化改造，现场效果如图7所示。改造后锅炉运行至今减温器运行正常，停机期间内窥检查混合管筒身及固定块焊缝正常，改造效果良好。

6、结论

通过对该锅炉减温器混合管固定方式优化改造，改造后减温器混合管通过4个固定板与垫板直接焊接固定，同时增加膨胀缝意免了混合管温差变形应力破坏，可以有效避免混合管松动问题以及附件脱落引起堵塞爆管问题，从根本上消除了减温器混合管定位圆柱销脱落导致锅炉爆管的重大隐患。