低温过热器爆管分析.doc

某调峰燃气轮机机组强制循环锅炉低温过热器爆管分析 林友新 广东电网公司电力科学研究院锅炉所，广东广州，510600 摘要：某两家电厂采用PG9171E型燃机，匹配Q1153/526-174 33.9 -5.8 0.62 /500 254.8 型三压无补燃强制循环锅炉，组成燃气-蒸汽联合循环发电机组，基本上采用“日启夜停”的调峰运行模式。自投产以来，两家电厂共4台机组的低温过热器管同类位置发生了10多次的爆管。文章对这一问题进行了深入的分析，提出低温过热器进口联箱引入管的热胀推力通过联箱作用在低温过热器管座上，导致低温过热器管座对接焊缝出现了和调峰机组负荷相关的交变剪切应力，该交变剪切应力最终导致了炉管多次快速开裂、泄漏。在此基础，提出了相应的解决措施。 关键词：燃气轮机 锅炉 低温过热器 爆管 1简述 某燃气-蒸汽联合循环发电厂使用的余热锅炉均是杭州锅炉厂生产的型号为Q1153/526-174 33.9 -5.8 0.62 /500 254.8 型三压无补燃强制循环锅炉，它与PG9171E型然机相匹配组成燃气-蒸汽联合循环发电机组。 2009年8月25日，该电厂3号炉低压过热器爆管，爆管位置为低压过热器进口联箱蒸汽引入端数第4根。低压过热器管规格42×3.0mm，材质：20号钢。 该位置从2007年9月至今，累计爆漏4次。2007年9月29日，低压过热器进口联箱蒸汽引入端数第1根爆管，进行了堵管处理。2008年8月14日，同部位第2根管爆管，此次爆管对第2根管用不锈钢软管进行了替代，同时将第1根管焊上，但仍将第1根管子堵死，蒸汽不流通。2009年1月1日，同部位第3根管爆管，同时上次焊死的第1根管焊口处也已经裂开。处理措施：第3根管改用不锈钢金属软管，同时仍将第1根管子焊死。2009年8月25日，第4根管爆漏。这4次爆管的形貌相同，如图1、2所示。断裂口均在焊口下端的焊趾处开裂，开裂口沿管子周向，断口平整，无塑性变形，无撕裂形貌，管壁无减薄。该处烟温仅140℃，不存在过热。由于内压主导的膜应力的爆口沿管子轴向，因此从爆口形貌可以判断：多次爆漏均非管内介质压力主导。 图1、爆漏管口外观 图2、断口宏观形貌 该洪湾电厂4号炉与3号炉型号相同，同一位置也同样发生泄漏，泄漏了共5次，从引入管端第1根开始泄漏，至2009年8月已至第5根管，其他9E机组（该集团公司另外两台同类型的机组）也发生类似情况。如此多次不同机组、同炉型、同位置、有传递规律的爆裂，并且炉管为20号钢，壁厚3mm，管材焊接工艺要求并不高，初爆均为厂家焊口，基本可以排除是焊接质量的原因。 为便于进行热胀推力的分析，低温过热器引入管、低温过热器进口联箱、低温过热器管的布置图示于图3。 2爆管原因分析 从上述的情况简述可以判断，爆漏非炉管内压产生的膜应力主导的开裂，而是沿周向的剪切应力主导的断口，并且该剪切应力在机组启、停以及不同负荷下，剪切应力的方向是变化的。断口并非是由于单向主应力主导的撕裂口，单向主应力主导的撕裂口，断口具有拉伸塑性变形，不会如此平整断裂。因此，可以判断，断口为交变剪切应力主导（尚有部分弯曲应力叠加作用）的疲劳断口。 该处存在凝结水回流导致热疲劳的可能性，即由于锅炉调峰频繁，在启停过程中，存在凝结水从引入管回流等引起温差剧烈变化的可能性。但进一步进行分析，基本可以排除。理由如下：1）该炉管很薄，壁厚仅3mm，壁厚如此小，即使有凝结水回流，热应力不致太大。2）由于第2、3根接软管后，第4根管仍爆管，因此，即使蒸汽引入管有凝结水回流，但凝结水大部分从第2、3根管流出，不致影响至第4根管。3）最重要的理由：2009年1月1日，低压过热器进口联箱蒸汽引入端数第3根管爆管，同时上次焊死的第1根管焊口处也已经裂开。由于第1根管已经堵死，凝结水已经不会影响堵死的焊口下方，但仍在此处开裂。从上述分析，可能的凝结水回流不是爆管的原因，可以排除由于凝结水回流导致的热疲劳爆管。 疲劳断裂的另一种可能性是机械振动疲劳。但从结构上以及历次爆管分析，也可以排除由于机械疲劳导致的断裂。理由如下：1）从结构上分析，炉管的自由长度很短，炉管垂直段（含弯头），长不超过15cm，垂直段不可能产生在水平方向的振动（只有该方向的振动，方可能引起上述断裂）。而炉管的水平段，总长虽有20米左右，但由于有中间隔板，第1个中间隔板和进口集箱之间的距离仅有1米左右，也不容易产生振动。并且，即使水平段产生垂直方向的振动，断裂位置也不会在如今的位置。2）由于爆管很有规律性，从引入管方向数起，第1、2、3、4依次爆管。从振源分析，无非是疏水不畅或者烟气扰动导致，因堵死的管也开裂，疏水不畅导致的振动可以排除。而烟气振动导致的机械疲劳，不至于有如此规律的爆管，第1根爆管后不会依次传递至第2根、第3根、第4根，。