任 巖

(河北華電石家莊熱電有限公司，河北 石家莊 050041)

1 設備概況及存在問題

河北華電石家莊熱電有限公司新建的2×453 MW 級燃機工程，配套東方菱日鍋爐有限公司生產(chǎn)制造的MHDB-SGT5-4000F-Q1 型余熱鍋爐，三壓、再熱、無補燃、臥式、自然循環(huán)型式。

機組冷態(tài)啟動時，利用八期機組產(chǎn)生的輔助蒸汽加熱余熱鍋爐高壓蒸發(fā)器及汽包內(nèi)的水，加快余熱鍋爐啟動速度，同時保證汽包上下壁溫差在允許范圍內(nèi)，減小熱應力沖擊延長其使用壽命。輔汽母管壓力0.5 ～0.8 MPa，溫度200 ～290 ℃。

4 號余熱鍋爐投產(chǎn)后高壓輔汽加熱管道連續(xù)發(fā)生兩次因焊縫開焊引起的泄漏事件。2019-09-27，輔汽至4 號爐高壓汽包下水管右側(cè)分配管連接處發(fā)生泄漏，停爐后對泄漏部位焊縫進行了打磨并重新焊接，還對另兩側(cè)分配管的相同部位焊縫進行了檢查及加固處理。2019-10-20，輔汽至4 號爐高壓汽包下水管中間分配管連接處發(fā)生泄漏。

泄漏點：輔汽至4 號爐高壓汽包右、中下水管分配管的套管連接焊口；管子：φ57×8，20G；套管：20III（鍛件III 類）。泄漏點位置示意見圖1。

2 原因分析

高壓輔汽加熱管道一側(cè)與高壓汽包下降管分配管焊接，運行時此端隨著下降管有較大的向下位移；另一側(cè)與爐殼連接，位移為零。經(jīng)具體管道應力分析可知，靠近高壓汽包下降管分配管處局部二次應力較大[1]，在余熱鍋爐長期運行后，尤其是燃氣機組因調(diào)峰頻繁啟停后，管系在冷熱狀態(tài)下的反復交變應力作用下出現(xiàn)反復塑性變形，并因塑性應變的反復累計而引起疲勞破壞，導致焊口產(chǎn)生裂紋并發(fā)生泄漏。

圖1 泄漏點示意

燃氣機組冷態(tài)啟動時，余熱鍋爐上水后，需投入輔汽加熱系統(tǒng)。輔汽經(jīng)由輔汽管道至高壓汽包下水管左、中、右分配管，一路從分配管進入高壓蒸發(fā)器模塊，一路從分配管經(jīng)下降管進入高壓汽包，從而對鍋爐受熱面進行啟動前預熱。輔汽投入后，因汽水混合，管道極易發(fā)生振動[2]，且振動強度大，持續(xù)時間約5 ～6 h，直至機組啟動完成。汽水混合引發(fā)的輔汽管道振動，振動強度大，持續(xù)時間長，加劇了輔汽管道焊縫的疲勞破壞，靠近高壓汽包下降管分配管處應力最為集中，此處焊縫損傷程度最大，最易發(fā)生泄漏。

綜合以上分析，高壓輔汽加熱管道泄漏主要是因為輔汽管道布置柔性不足，吸收膨脹能力不夠，此外，輔汽投入時，汽水混合引發(fā)的管道振動過大也是主要原因之一。

3 處理措施

為確保機組供熱安全，避免再次發(fā)生此類泄漏事件，對4 號余熱鍋爐高壓輔汽加熱管道進行了改造，同時對冷態(tài)啟動前輔汽投入進行嚴格控制。

(1) 在套管焊口處對裂紋周圍進行打磨并做MT 檢查，檢查無殘余裂紋后進行電弧焊補焊，保證焊接質(zhì)量，焊縫打磨光滑。

(2) 優(yōu)化輔汽加熱管道走向，通過延長相應直管段、增加門形彎、增大門形彎等方法增加管系柔性，以降低套管處二次應力[3]。改造示意見圖2。管道改造時用機械的方法打磨焊接部位，露出金屬光澤，呈V 型坡口，清潔焊接部位周圍50 mm 范圍內(nèi)銹、油、漆及氧化皮等污物。焊接方法：氬弧焊打底，電弧焊蓋面。

(3) 冷態(tài)啟動前，投入輔汽加熱系統(tǒng)時，手動控制輔汽至高壓蒸發(fā)器電動門開度，適度減小輔汽流量，盡可能降低汽水混合引起的管道振動[4]。

4 實施效果

通過對輔汽管道的優(yōu)化、改造，增加了管系柔性，降低了輔汽至高壓汽包下水管分配管連接處的二次應力，避免了套管焊口因疲勞破壞產(chǎn)生裂紋而發(fā)生泄漏。輔汽管道改造后，2019-11-06 至2019-11-10 機組啟動調(diào)峰，2019-11-13 機組啟動開始供熱，保持連續(xù)運行至今，未再次發(fā)生輔汽管道泄漏。

5 結(jié)束語

4 號余熱鍋爐投產(chǎn)后高壓輔汽加熱管道連續(xù)發(fā)生因焊縫開焊引起的泄漏事件，通過現(xiàn)場檢查、圖紙分析，得出高壓輔汽加熱管道泄漏主要是因為輔汽管道布置柔性不足，吸收膨脹能力不夠。通過對輔汽管道的優(yōu)化、改造，增加了管系柔性，降低了輔汽至高壓汽包下水管分配管連接處的二次應力，避免了套管焊口因疲勞破壞產(chǎn)生裂紋而發(fā)生泄漏。該余熱鍋爐高壓輔汽加熱管道改造方案給處理因管道膨脹受阻、振動引起的泄漏提供了參考。

圖2 改造示意