某发电有限责任公司8号锅炉是超高压中间再热单汽包自然循环固态排渣煤粉锅炉，单炉膛负压燃烧，四角布置直流式燃烧器，1台锅炉配1台200 MW的汽轮发电机组。

1 设备概况

高温过热器结构

    高温过热器由49屏，每屏由6根管圈，共294根φ42 mm×5 mm的U型管组成；材质为12Cr2MoWVTiB（钢研102）高压锅炉无缝钢管，其穿召盘棚后与进口集箱连接部分的弯管材质为12Cr1MoV。高温过热器受热面积为795 m2，设计均匀蒸汽质量流速Vw=789 kg/（m2·s）。管圈横向节距240 mm，管组采用6管圈单绕式，管间固定采用“管夹管”固定形式，并设置有防磨措施。运行中高温过热器可以均匀进步主蒸汽温度56 ℃。

2 高温过热器出进口连接管爆漏情况

    8号锅炉从投产至累计运行达62500 h。高温过热器顶棚以上部位2003-11-16至2006-04-07，曾发生了5次爆管，并且5次爆管均位于弯管部位，爆漏现象相同。

    据统计，2003-11-16在高温过热器出口右数第5排外3圈穿顶棚后第1个弯头部位泄漏；2004-10-20在高温过热器出口右数第28排最末1个弯头部位泄漏；2005-04-17，在高温过热器进口右数第22排外3圈倒数第2个弯头部位泄漏；2005-05-18在高温过热器左数第22排出口外3圈倒数1个弯头泄漏，同时发现左数第21排出口外3圈穿顶棚后第1个弯头泄漏。

3 爆漏原因分析

3.1爆管现象

    爆口长30～60 mm ,宽1～3 mm。外部四周有2～4 条平行裂纹。边沿粗钝，厚度为4 mm，几乎无减薄，爆口颜色为玄色。内壁存在较薄的氧化层，外弧爆口两侧存在多条平行裂纹。

3.2原因确定

第1次在此部位发生爆管时，初次判定为管材存在原始缺陷。第2次在此部位发生爆管后，开始进行爆管原因分析。首先列出了可能的爆管原因：
a. 超温；
b. 管材存在原始缺陷；
c. 管子存在加工工艺性缺陷；
d. 应力腐蚀；
e. 蒸汽腐蚀；
f. 腐蚀疲惫。

    由于高温过热器顶棚以上的管子材质为12Cr1MoV，答应使用的温度极限为580 ℃，高温过热器炉内的管子材质为钢研102，答应使用的温度极限为620 ℃,而锅炉控制的过热器出口蒸汽温度为540 ℃。顶棚以上部分的管子不受烟气直接加热，并且下部布置有近乎饱和温度的顶棚过热器，若该部位的管壁达到580 ℃的耐温极限时，蒸汽温度应该超过580 ℃，此时炉内的钢研102可能已经发生了超温爆管，故据此判定超温的可能性不大。但为了证实推断结果，将管子爆口试样送交金相室检验，检验结果，管子金相组织球化2～3级，未见碳化物聚集，说明不存在超温爆管原因。

    由于管子爆口无一例外的发生于弯头部位，故不能明确厂家使用的管子存在原始缺陷。经过对部分弯头抽查丈量其外部外形，各外形指标未超过有关电力规范的规定。所以原因b和c也不能成为8号锅炉爆管的原因。

    经过对爆管现状从d、e、f 3方面分析，均找到了较为充足的理由。所以以为爆管是应力腐蚀、蒸汽腐蚀、腐蚀疲惫3个原因的综合作用结果。

3.3原因分析

    锅炉设计的膨胀死点在高温过热器中部锅炉顶棚标高处。高温过热器炉内部分向下膨胀，炉外部分及联箱向上膨胀。出进口联箱及顶棚以上部分的管子重量由12支可变的弹簧吊架承担。集汽导管由出口联箱左右各1/4的部分引出，由可变弹簧吊架支吊。

    高温过热器泄漏临修停炉检查时发现，吊顶棚的死吊杆部分松动，根本不承力，高温过热器弹性吊架指示值超过了设计吊力。高温过热器出口联箱冷热态下，膨胀位移理论值为19 mm，而实际值为10 mm。高温过热器进口联箱冷热态下膨胀位移理论值为16 mm，而实际值为8 mm。故可以判定高温过热器顶棚以上出口弯管冷态下存在着强大的拉应力，热态下承受着强大的压应力。

根据进一步的分析，管道应力的产生来自：

a. 由于运行中炉膛变正压或者其它原因造成的顶棚变形而引起的。
b. 锅炉安装过程中高温过热器吊力紧定未按设计要求进行。
c. 弹簧吊架经过多年使用弹性系数发生改变。

    由于高温过热器顶棚以上部分管子弯曲半径仅为85 mm，并且每根管子在此处都有4处拐弯，相邻的2个弯头间距很近，弯管处残余应力较大。原厂家管子为φ42 mm×5 mm标准偏差管子，弯头外壁存在减薄，残余壁厚一般在4.1～4.4 mm之间，故从结构方面也存在着强度低的原因。结构方面的强度薄弱，为应力腐蚀的产生创造了条件。

    在运行中汽流振动，或者在水压上水、放水过程中发生的喘振现象，对高温过热器顶棚以上弯管均会造成交变应力损伤。2000-04-17临修后,水压上水过程中就发生了管道喘振，多达20多次强大的振动对管子形成了一定程度的伤害。由于此处蒸汽温度高达540 ℃，应力的存在也为蒸汽腐蚀提供了良好的发展环境。

    总之，高温过热器炉顶棚以上部分的弯管爆漏是在长期压应力和交变应力作用下，蒸汽作为腐蚀介质而发生的蒸汽腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲惫的综合破坏结果。

4 对策

4.1更换管子

根据目前管子的状况，决定对现存高温过热器出进口联箱顶棚以上部分管子的外3～外6圈进行更换。为了减小结构方面存在的强度薄弱因素，管子加工与选材中做了如下变动：

a. 所用管材均采用正偏差管子，要求所有管子壁厚均应大于5.1 mm，弯制弯头外弧壁厚的减薄量不超过0.5 mm。
b. 改变弯管外形，将相邻弯头间距加大，并减少管子的弯曲角度，见图4。

4.2超声探伤检验

对高温过热器出进口联箱、所有管座及高温过热器出进口外1、外2圈管子所有的弯头进行超声探伤，检查内壁缺陷，共发现3根管子存在内壁裂纹，均进行了换管处理。

4.3新弯管加工时严格按规程要求进行弯制和检查，以保证椭圆度和内壁光滑。焊缝采用全氩弧焊接，100%进行无损探伤，20%射线抽查。

4.4重新测定弹性系数

高温过热器弹簧吊架的弹性系数，与铭牌值进行对比，偏差超过2%者更换弹簧。将炉顶死吊杆和高温过热器弹性吊杆按设计要求重新进行调整紧力，使各吊杆承力达到设计要求。

4.5重新标定膨胀指示器

重新标定高温过热器出进口联箱的膨胀指示器，并在联箱中部加装2支膨胀指示器,以监测高温过热器出进口管子的膨胀量。

5 结 论

通过改进，8号锅炉启动后，满负荷时，高温过热器出进口联箱向上膨胀量分别为18 mm和16 mm，基本达到了设计膨胀量，说明高温过热器弯管已经达到自由膨胀状态，消除了外加应力的干扰。改进后8号锅炉运行至今，高温过热器管子未发生爆管事故，证实了改造是成功的，它明显进步了锅炉机组的安全稳定经济运行水平。