300MW机组锅炉过热器减温器喷管断裂原因分析及改进

　　华润电力登封有限公司发电机组锅炉为DG1025/18.2-Ⅱ12型亚临界压力一次中间再热、自然循环锅炉,其过热器系统设有三级喷水减温器,用来调节过热蒸汽温度。一级减温器布置在低温过热器(低过)出口集箱至大屏进口集箱的连接管上,二级减温器布置在全大屏出口集箱至屏式过热器进口集箱的连接管上,三级减温器布置在屏式过热器出口集箱至高温过热器进口集箱的连接管上。减温器均为多孔喷管式(图1),垂直于减温器筒体轴线的笛形管上有许多小孔,减温水从小孔喷出并雾化后,与同方向的蒸汽进行混合,达到降低汽温的目的。自投产以来,过热器一、二、三级减温器多次出现管座开裂和喷管断裂现象。

　　过热器一级减温器初次断裂部位如图1所示。结合原设备结构,采取了以下处理措施:(1)加长减温水喷管管座外长度(喷管d76 mm×10 mm,材质12Cr1MoV,加长500 mm),并在其加长段安装一U型膨胀弯,以增加过热器一级减温器与减温水管对接处柔性,减缓投减温水时减温水管道振动对管座处的应力集中;(2)在管座处外套一大小头过渡,减缓应力集中;(3)将原悬吊在联络管上的减温水吊架引出顶棚固定在正上方钢结构上,以消除原吊架热态时由于联络管膨胀移位而对减温水管的斜拉力。改造运行两年零五个月后,停炉检查发现外套大小头与喷管密封角焊接缝又出现裂纹(图1)。过热器一级减温器初次断裂部位如图1所示裂纹Ⅰ处,即喷管与管座端盖角焊缝。减温水管座端盖规格为d159 mm×20 mm,喷管规格为d76 mm×10mm,材料均为12Cr1MoV,减温水来水管道(d133 mm×16 mm,20G)经大小头变径后与伸出的喷管连接。减温器安装在低过出口集箱至大屏进口集箱的连接管(d609.6 mm×55 mm,12Cr1MoVG)上,由于在投运减温水时减温水管道有较大振动,此振动引起的扭剪力最终都集中到细小的喷管与管座端盖处的角焊缝上。此外,由于减温水来自给水泵出口,水温只有280℃左右,而减温器内蒸汽温度在380℃左右,在投运减温水时,喷管会收缩,收缩产生的应力也主要集中在喷管与管座端盖处的角焊缝上。因此,第二次裂纹的主要原因是大小头与喷管密封角焊缝处的收缩应力没有得到根本消除。

　　过热器二、三级减温器初次断裂部位如图2所示。停炉后切开管座检查发现内部喷管已完全断裂,而喷管上设计的定位块根本没有安装。对此,按照原设计要求加工制作了定位块并补焊上后恢复喷管,但运行15个月后在同样部位又发生断裂。过热器二、三级减温器首先是内部喷管与管接头连接根部处断裂(图2中裂纹Ⅰ),其断裂原因为喷管成悬臂式伸入减温器筒体,喷管被筒体内蒸汽反复冲击以及在投减温水时喷出的减温水与喷管反作用力的交替作用下,喷管在其根部支点处因疲劳应力而断裂。喷管断裂后减温水直接喷到断口附近管座内壁上,由于原管座内壁温度与减温器内蒸汽温度相同(Ⅲ级减温器在480℃左右),被只有280℃左右的减温水喷到后,温度剧变会产生应力,而此应力刚好集中在管座厚薄加工过渡转折角处,因此才会造成外部管座的裂纹(图2裂纹Ⅱ)。