壁式再热器裂纹原因分析及应对措施.pdf

81第 52 卷2024 年 4 月Vol.52 No.2Apr.2024云南电力技术YUNNAN ELECTRIC POWER壁式再热器裂纹原因分析及应对措施田阳（国能达州发电有限公司，四川 达州 635000）摘要：某电厂壁式再热器在固定/滑动节点位置处12Cr1MoVG管子出现大面积横向微裂纹，对裂纹管段取样进行宏观、成分、力学、金相等分析，并结合机组供热情况、运行工况、结构布置分析壁式再热器裂纹原因。结果表明：壁式再热器滑动节点型圆钢设计位移余量不足，导致壁式再热器管膨胀受阻，受供热负荷波动、炉膛烟气温度变化等交变荷载作用下，致使壁式再热器固定/滑动节点位置管段产生疲劳裂纹。关键词：壁式再热器；12Cr1MoV；浅表层裂纹；供热；滑动节点；固定节点Cause Analysis and Countermeasures of Wall Reheater CrackTian Yang（National Energy Dazhou Power Generation Co.,Ltd.,Dazhou,Sichuan 635000,China）Abstract:The 12Cr1MoVG pipe in a wall reheater of a power plant has a large area of transverse micro-cracks at the fixed/sliding joint position.The crack pipe section is sampled for macroscopic,composition,mechanical and metallographic analysis,and the crack causes are analyzed in combination with the heating condition,operating condition and structural arrangement of the unit.The results show that the insufficient design displacement margin of-type round steel in the sliding node of the wall reheater leads to the expansion of the wall reheater tube,and fatigue cracks occur in the fixed/sliding node of the wall reheater under the action of alternating loads such as heating load fluctuation and furnace flue gas temperature changeKey word:Wall reheater;12Cr1MoV;Superficial cracks;Heat supply;Sliding node;Fixed node 中图分类号：TM74文献标识码：B文章编号：1006-7345（2024）02-0081-030概况某 300 MW 燃煤发电锅炉为 DG1025/17.4-4 型，亚临界、四角切圆燃烧、自然循环汽包炉，于 2009 年 12 月投产，累计运行 67871 h。1.壁式再热器；2.壁式再热器连接点；3.中温再热器；4.高温再热器 图1再热器布置示意图该锅炉再热器由壁式再热器、中温再热器、高温再热器组成。壁式再热器管规格为60 mm4 mm，材 质 为 12Cr1MoVG，布 置在炉膛出口水冷壁前墙及两侧墙上，前墙布置180 根，两侧墙各 90 根。沿壁式再热器高度方向，标高 58.4 m、56.2 m、54 m、51.4 m、48.65 m、46.3 m、43.7 m 为壁式再热器与水冷壁的连接点，其中标高 43.7 m 为固定节点，其余为滑动节点，如图 1 所示。1 2 3 4 壁式再热器 水冷壁 1.固定钢板；2.管间定位焊缝；3.壁式再热器与固定钢板间的定位焊缝；4.型圆钢 图2壁式再热器滑动连接点示意图连接点背面设有固定板，每 3 根管子为一82云南电力技术第 52 卷2024 年第 2 期个单元，单个固定板设计有三个单元（合计 9根管子），如图 2 所示。其中，固定板与壁式再热器管焊牢；固定板与水冷壁采用 型圆钢连接，受热时，壁式再热器管子相对水冷壁向上膨胀，膨胀裕度为 型圆钢跨度范围。1壁式再热器裂纹原因分析对变形较大的壁式再热器管取样 4 根，进行宏观检查、金相分析、力学试验和硬度检测。1）裂纹宏观检查对壁式再热器取样管外表面打磨后观察，发现外壁存在大量的浅表层横向裂纹，裂纹典型形貌如图 3 所示。根据裂纹走向和数量初步判断，具有疲劳裂纹特征1-6。图3取样管表面横向裂纹2）金相分析对壁式再热器取样管进行金相组织检验，取样管的向火侧母材组织均为铁素体+珠光体，按 DL/T 773-2016火电厂 12Cr1MoV 钢球化评级标准评为 3 级球化（中度球化）7-8，见图 4。图4取样管向火侧金相组织（500倍）3）力学试验在 WEE-1000B 试验机上对取样管进行常温拉伸试验，结果如表 1 所示，其各项力学性能指标符合 GB/T 5310-2017高压锅炉用无缝钢管要求。表1常温拉伸试验检测结果 试样编号屈服强度Rel/MPa 抗拉强度Rm/MPa 伸长率A/%#141555025.043554524.5#233047027.537548027.5#334550029.039050026.0标准值255470640214）硬度检测在金相检验试样横截面圆环周向每隔 90 度取一个点，共计 4 个点，用 HBS-3000 台式数显布氏硬度计进行硬度检测，检测结果符合 GB/T 5310-2017高压锅炉用无缝钢管要求9-10，详见表 2。表2测点硬度对照表 试样编号硬度测量值（HB）#1182171178176#2148149140149#3145137141136#4145142142144标准值135195HB2供热影响分析该电厂机组长期低负荷运行（180MW），加之对外供热蒸汽取自再热冷段，导致再热蒸汽流量相对较低，不能有效带走壁式再热器管壁热量，加重壁式再热器热负荷，不能有效降低壁式再热器管壁温度。图52021年1月-4月小时供热量 图62021年3月22日每小时供热量电厂供热用户多，且大多数供热用户生产不连续，致使供热白天用汽量大，晚上用汽量小。查阅电厂 2021 年 1 月 4 月供热量，见图5 和图 6，每日小时平均供热量在 5 t/h 30 t/h之间波动，小时平均供热量变化波动幅度较大，83壁式再热器裂纹原因分析及应对措施第 52 卷2024 年第 2 期供热量时常波动致使壁式再热器管壁温度超温和管壁温度波动。3热应力分析壁式再热器与水冷壁之间存在温差,加之材料的线膨胀系数不一样,受热产生的膨胀差异比较大,而且越往炉顶方向,壁式再热器管相对膨胀位移量也越大。原设计各层滑动节点预留的热膨胀位移量（型圆钢的向上直管段）均为110 mm。正常工况下，预留的位移量能满足壁式再热器向上膨胀的要求。但在极端情况下，再热器冷段抽汽量大于允许值时，或者 型圆钢安装不符合要求，预留的位移量不足。壁式再热器管膨胀受阻，就会对管子产生极大的膨胀热应力。4壁式再热器裂纹原因综合分析壁式再热器与水冷壁之间的 6 层滑动节点，热膨胀位移量均为 110 mm 设计偏小，不能有效满足壁式再热器管与水冷壁膨胀后相互活动的距离需求。供热蒸汽取至再热冷段，对外供热减少了进入壁式再热器蒸汽量，加重壁式再热器的热负荷，进一步增大了壁式再热器与水冷壁之间热膨胀位移量；两个原因叠加导致壁式再热器管在定位焊区域产生较高的膨胀热应力。受此影响，现场检查发现定位焊缝脱焊高达 312处，多根壁式再热器管拱出变形。受锅炉供热负荷波动频繁和炉膛烟气温度变化影响，壁式再热器固定/滑动节点位置（管间定位焊缝）附近管子将产生较高的交变应力，进而导致该区域管子产生疲劳裂纹。5应对措施1）采用 6 圆钢（材质 15CrMoG）对壁式再热器 312 处脱焊管间定位焊缝进行修复，对出列弯曲严重壁式再热器管进行了更换。2）壁式再热器左、右侧墙第 1 根壁式再热器管，热辐射面积较其余壁式再热器管大，更容易发生超温、变形、出现裂纹。防范措施：机组 A/B 修对壁式再热器左、右侧墙第 1 根壁式再热器管进行定期更换。3）壁式再热器大面积裂纹已产生，裂纹为浅表层裂纹，暂未其进行处理，但须定期对#32锅炉壁式再热器裂纹进行检查，评估壁式再热器安全可靠性。4）加强再热器冷段抽汽供热监控，定期校验供热计量装置，将供热量控制在允许范围内；发现供热量超设计范围时，及时人工干预，避免发生供热量超量情况。5）优化供热方式，改变供热抽汽位置，将供热抽汽位置由再热器冷段改为再热器热段。6结束语壁式再热器固定/滑动节点位置裂纹原因：1）壁式再热器滑动节点 型圆钢设计余量不足，热膨胀位移量不够；2）再热器冷端供热增加了壁式再热器热负荷，热膨胀量增大。两个原因导致壁式再热器管承受较高的膨胀热应力，在炉膛烟气温度变化、供热负荷变化等交变荷载作用下，致使壁式再热器固定/滑动节点位置的管间定位焊缝脱焊裂开，壁式再热器管子拱出变形，附近管段因交变应力作用出现大面积疲劳裂纹，并因此采取了相应的应对措施。本文为此类供热机组壁式再热器安全稳定运行提供案例参考。参考文献1 陈浩,张涛,田峰,等.300 MW亚临界锅炉壁式再热器钢管开裂原因分析J.内蒙古电力技术,2022,40(03):92-95.2 张艳飞,韩钢城,谢利明,等.火电厂锅炉再热器管道开裂原因分析J.内蒙古电力技术,2021,39(03):38-42.3 赵平.超临界循环硫化床锅炉高温过热器管开裂原因分析J,金属热处理,2021,45(6):225-2304 李臣乐,墙式受热面管鳍片疲劳裂纹失效分析及防范措施J,设备管理与改造,2020,24:63-64.5 张家维,张华忠,张振杰,等.超超临界锅炉内螺纹管垂直上升水冷壁横向裂纹原因及治理J.东北电力技术.2013(10):26-32.6 夏晓涛,魏玉忠,王林.1000MW超超临界锅炉水冷壁开裂原因分析J.事故与分析,2021,37(7):76-827 殷尊,蔡晖,候召堂,等.国产1000MW超超临界机组水冷壁管典型横向裂纹分析J.材料科学与工程学报,2015,33(03):4442-447.8 梁秀兰,有移亮,张峥.12CrlMoV锅炉过热器管长期过热开裂原因分析J.机械工程学报,2014,08:87-92.9 DL/T 773-2016,火电厂12Cr1MoV钢球化评级标准S.10 钞晨,杨振国.在役12CrlMoV钢管材的性能劣化及其损伤机制J.复旦学报（自然科学版）,2003,42(1):4-9,16.11 GBT5310-2017,高压锅炉用无缝钢管S.12 DL/T438-2016,火力发电厂金属技术监督规程S.收稿日期：2024-04-12作者简介：田阳（1985），男，本科，工程师，从事电力行业锅炉“四锅”防磨防爆及失效分析的研究。（E-mail）。