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300MW锅炉末级再热器穿墙管焊缝裂纹分析与处理
发布时间：2013-09-12 08:36 来源：未知
在某电厂1025 t/h锅炉大修后的水压试验过程中，当再热器系统压力升至2 MPa左右时，发现有3根末级再热器似下简称末再）竖直管段在穿过顶棚管后与密封板的环状密封焊缝处向炉内渗水，经对渗水部位及其周边范围打磨处理检查后发现，该处焊接部位的末再管存在裂纹。然后，对相同部位的其它末再管进行扩大性检查，发现普遍存在裂纹现象，尤以每单个末再管屏（共9圈18根管）沿烟气流向的前数第
1、2、3及第18根最为严重，内圈管的情况稍轻些。
考虑到本省其它同类型电站锅炉也有与该厂锅炉结构基本近似的情况，因此利用各厂大、小修机会，对省内同类型数台锅炉的相同部位也进行了仔细检查，结果发现，该类型锅炉的末再穿墙管密封焊缝处的管段都普遍存在裂纹现象，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；�、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
1、原因分析
1.1穿墙管部位膨胀情况分析
图1为高冠板式密封支撑结构示意图。这种结构为典型设计，顶棚处为末再垂直方向的膨胀零点，顶棚以上末再管束及进出口联箱往上膨胀，顶棚以下末再管束向下膨胀，因此，在竖直方向上顶棚管与末再管在穿墙处没有相对滑移，不存在末再管膨胀受阻的问题，由此可以断定，本文提及的裂纹现象与以往常见的局部管段由于膨胀受阻引起应力集中而产生的裂纹是不同的。
1.2末级再热器管穿墙部位的受力情况分析
1.2.1 末再进出口联箱的荷栽
末再进出口联箱的荷载包括以下几个部分：
(1)集箱金属及内部介质重量；
(2)集箱与顶棚之间末再管段的金属及内部介质重量的三分之一；
(3)与集箱连结管重量的一部分；
(4)末再出口集箱还承受客户管道的推力载荷。
1.2.2 高冠板端板的荷栽
高冠板端板的荷载包括以下几个部分：
(1)顶棚以下末再管屏金属与内部介质重量；
(2)集箱与顶棚之间末再管段的金属及内部介质重量的三分之二；
(3)区段内顶棚金属及内部介质；
(4)顶棚积灰及其它附件重量。
1.3环状密封焊缝裂纹的产生
由图1可知，末再穿墙管与高冠板端板是通过环状密封焊缝焊接在一起的，因此，末再进出口联箱、尤其是高冠板端板上的部分荷载对穿墙管的作用力就集中在环状密封焊缝处。同时，在安装施工阶段，相对于高压管道以及联箱上的焊缝来讲，该类型密封焊缝就显得不那么重要，且由于量大面广，一般很少进行焊后热处理，因此焊接产生的残余应力很难根本消除。另外，此处末再管的管壁厚度(4.5 mm厚)比焊在一起密封板的厚度（6 mm厚）还小，而末再管不仅与焊接在一起的密封板共同承受外界载荷，在热态运行时还要承载炉内烟风系统的脉动引起的管排振动以及管内介质压力、温度变化产生的热应力等，显而易见，在各类交变应力的共同作用下，管壁较薄的末再管受到损伤的可能性更大。
综上所述，可以认定，该类型末再穿墙管裂纹的产生，是由于厂家结构设计考虑不周，致使该处焊接部位因承受了相当大的一部分末再管、管内介质及附件的重量载荷而长期处于应力集中状态。
2、处理方法
补强处理方法见图2所示。在末再管与密封板相接部位的管段上，先在末再管上焊接圆管形�；ぬ坠�，再将密封板与护套密封焊接，从而改善了末再管本身的受力状况，避免裂纹的产生。
该方法已经通过了锅炉使用单位、锅炉厂、省电力锅检中心的一致认可，并对出现类似问题的其他电厂的锅炉也参照此方法进行了处理。同时函告锅炉制造厂，在新锅炉设计制造中，应注意避免类似结构的使用。
3、结论与建议
(1)由于局部结构设计不合理，致使该类型锅炉的末再穿墙管与密封板焊缝因长期承受应力作用而发生了裂纹。通过加装保护套管能加强并改善此处的受力状况，有利于避免末再穿墙管密封焊缝处的裂纹。
(2)建议有关锅炉制造厂在新炉设计制造中避免使用类似结构。并建议有类似结构的锅炉使用单位对该部位进行一次检查、处理。
(3)该类裂纹位于穿墙管与顶棚管交接处，在炉内处于炉膛最高点，很难检测到位，而在炉外则位于积灰较重的密封装置下面，更是检查死角，如果不通过再热系统的水压试验是很难发现的。鉴于该类问题的严重性，建议火电厂一定要把好过、再热器的水压试验的质量关，对最初设计无水压试验堵板的过、再热器系统，应增设必要的装置，杜绝因未做水压试验、没有发现本体缺陷而造成“四管”爆漏现象的发生。
