某厂高温再热器管穿顶棚处裂纹分析处理
尹华立 王双勇 任建文
湖南湘潭发电有限责任公司 湖南省湘潭市岳塘区双马镇 411102
摘要     介绍某厂HG-1025/18.2-WH10型锅炉结构特点，重点介绍高温再热器管穿顶棚处的结构特点和发现
裂纹的经过，并对该结构特点进行受力分析，查找裂纹原因，提出改进方案并实施，并对结果进行评估。
Abstract:       Introduce structure characteristics   of boiler   model HG-1025/18.2-WH10.The   point
introducesthe structure characteristics   of   high temperature reheater 's crossing crest and the
process of discovering     crack,carrying on being subjected to the strength analysis to the structure's
characteristics,and   Check   to   seek   the   reason   of   cracking,   Put   forward   improving   the   project   to
combine the implement, and valuing     the result .
主题词           高再穿顶棚处 裂纹 原因   处理
Keywords: high temperature reheater 's crossing crest       Crack       Reason       Processing
1 设备概要
某厂两台HG-1025/18.2-WH10 型锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的亚临界一次中间再热自然
循环汽包炉。该炉型采用单炉膛Π型布置，四角直流燃烧器，切向燃烧，平衡通风。每台炉
配四台钢球磨，中间储仓，一次风热风送粉。设计煤种为无烟煤和贫煤的混煤。每角燃烧器
共五层一次风口，上三层为可摆动的WR燃烧器，，下二层为固定的双通道自稳式燃烧器。
炉膛采用膜式水冷壁，水冷壁的高温区为内螺纹管。在炉膛上部布置壁式辐射再热器和
大节距分割屏过热器。壁式再热器布置在前墙和二侧墙的水冷壁处。分割屏沿炉宽方向共布
置四大片。
过热器由高温过热器、后屏过热器、分隔屏过热器、立式低温过热器、水平低温过热器、
后烟道包墙及顶棚过热器组成。
再热器由壁式再热器、低温再热器、高温再热器组成。
高温再热器由54 屏，每屏9 个“U”形回路共18 根管子组成。
2 缺陷经过
     2004 年5月#2 炉大修后水压试验时，发现高温再热器前数第一排左起第8、24、27 根穿
顶棚管焊缝处漏水，进一步扩大检查炉前数第1、2排全部管子和炉前数第3 排4 根和炉后
数第1 排4根共116根管子，发现仅炉后数第1 排的3 根管子没有裂纹，其它均有不同程度
的裂纹。
     2005 年4月12 日，再次利用停炉机会对#2 炉高再穿顶棚管处焊缝进行了部分打磨检查，
打磨部位为：炉左起第1 屏前数第1—14 根、18 根；炉右起第1屏前数第1—4 根。着色检
查发现裂纹情况如下：
炉左起第1屏：
   前5   前9   前10   前11   前12   前13   前14
裂纹长度(mm)   40   10   30   5   20+30 10 10
裂纹深度(mm)   不深   不深   不深   不深   2～2.5   不深   不深
其他未发现裂纹（注：炉前数第1、2排2004 年已加套管处理）。
  
高再前数第12 根管焊缝裂纹（打磨后）
     2005 年3月16 日，该厂又利用#1 炉停炉机会，对#1 炉左起第1 屏前数第1—14根、18
根；炉右起第1屏前数1—4根进行打磨检查，检查发现炉右起第1屏前数第1 根和第3 根
密封焊缝下沿有裂纹，炉左起第1屏前数第1、2、13 根有裂纹，且第13根裂纹深度达0.7mm。
由此推测：该厂两台炉高再穿顶棚处管焊缝普遍存在裂纹，且炉前数第1、2 排管焊缝处
裂纹相对较严重。  
3 原因分析
     该厂两台1025 吨锅炉是哈尔滨锅炉厂引进美国CE 公司技术进行设计制造的，截至2004
年底，#1、2 炉累计运行小时数分别为39742 小时和35508 小时，为什么会在短短的三万多
小时内产生如此普遍的裂纹呢？我们查找了该厂两台炉投产以来的运行、检修记录。锅炉未
发生过严重超温、超压事故，顶棚管处投产以来也未进行过大的检修，锅炉各项运行参数也
均在正常范围内，看来原因只能从结构上去查找。
3.1 高再穿顶棚处受力分析
尾部烟道内受热面管屏穿顶棚处结构为：高再受热面管屏与顶棚密封板为直接满焊结
构，顶棚密封板与承重梁高冠板也为满焊结构（如下图），该焊缝一是要密封炉内烟气不外
漏，二是要承受部分管屏和管内工质的重量。同时该密封焊处也是整个尾部烟道的膨胀死点，
即受热面管屏向下膨胀，连通管及联箱向上膨胀。
  
  
高再穿顶棚处结构图（炉前第一排已割）
从此种结构形式分析，我们可以看出高再管与顶棚密封板焊缝处至少承受以下几种力：
! 部分管屏及管内工质重量，同时还有因高冠板端板吊杆和高温再热器出口联箱吊杆受力
分配不均引起的附加应力；
! 同一管屏各管焊缝因安装误差和运行中热偏差的影响，造成各管焊缝受力不均，且受力
不均现象还会随工况的变化而发生相应的变化；
! 在正常运行工况下，高温再热器管屏还会在高温烟气流速和余旋（四角切圆燃烧）的作
用下，发生小幅的抖动，从而使该管焊缝在运行中还要承受一定的附加剪力；
! 由于各种工况的变化（冷、热态、检修、水压试验等），管屏重量以及承重梁高冠板变
形也发生相应变化，从而使每一管屏前后管焊缝处受力也发生相应变化，即外圈受力最
大，内圈受力最小；
! 由于施工条件较差、施工工艺要求高，管焊缝局部存在焊接附加应力。
由此我们可以得出：该管焊缝长时间承受着以上诸种力的交变作用，而且各种力最终都只
能靠管焊缝的焊接强度来承担，那么相应的就必须要求该管焊缝的焊接和母材质量没有任何
缺陷，否则，就极有可能发展成母材裂纹。
3.2 裂纹源分析
高温再热器管在顶棚位置的规格、材质分别为：炉前数第1、2、10-14 根为Ф63×4.5
的12Cr2MoWVTiB，第3 至9根为Ф63×5 的12Cr1MoV，第15 至18 根为Ф63×4 的SA213
－TP304H。由于钢102 管材在高温（600℃）下，热稳定性能较差，而该炉高
再出口汽温设计为540℃，管壁温度也长期处在600℃以上的水平，现场检查
也发现钢102 管材有重皮现象，因而我们认为高再管中钢102 管材的管焊缝
产生裂纹的可能性较大。
那么其它管材是不是就不会产生裂纹呢？从现场检查情况看，也存在有
浅表性裂纹，只不过比钢102 管的要轻而已，这就可能是母材有缺陷或是安
装中因施工位置困难等因素造成焊缝咬边等缺陷所致，也就是说，只要管焊
缝处材质有任何一个薄弱环节，在长期的交变应力作用下，这些薄弱环节就
会发展成裂纹。
我们从现场裂纹检查情况看，也证实了钢102管材的裂纹较严重，炉前数第1、2 排（钢
102）个别管焊缝处已形成穿透性裂纹，前数第12、13 排（钢102）个别管裂纹也较深。
     从裂纹分布看，炉前管只有靠炉前半圈有裂纹，而炉后管则只有靠炉后半圈有裂纹。而
裂纹深度和长度整体又依炉前到炉后顺序递减（就炉前半屏而言）。而这也正应证了每一管
屏中各管焊缝受力不均的分析。
由此我们可以得出结论：该管焊缝是在多种力的交变作用下产生了热疲劳裂纹。裂纹源
为焊接缺陷和母材缺陷。
4 处理方案
既然是结构原因造成了裂纹的形成，那么如何改进或是加强此处结构呢？更改承力方
式，改变悬吊结构，这工程量太大，一提出就被业主否定。那么就只能是加强此处结构，提
高该焊缝抵抗各种交变应力的能力，同时还要让裂纹不发展到母材上去。按此思路，最终我
们采取了加套管的方案：即更换裂纹管，配制新管，并在每一根新管上配作φ76×
6(12Cr1MoV)，长100mm 的套管，套管两端与管子焊接，顶棚密封板与套管焊接，如下图。
  
6
密封板
套管?74*5
穿墙管加套安装示意图
?63* 4 （5）
  
这样加套管后，主承力管焊缝与受热面管材实现了有效分离，同时，由于套管两端有两
道焊缝，也使受热面管承受的各种交变应力得到有效缓解，同时套管与配制的新管加工可在
工场内完成，这样也有效减少了产生焊接缺陷的可能。
2004 年5 月该厂按此方案对产生裂纹较严重的炉前数第1、2 排共108 根高再管进行了
加套管处理，同时考虑到工期紧，只对第1 排进行了换管，第2 排只将裂纹修复，套管就用
两个半边进行对焊连接。施工完成后检查各吊架位置正常，水压正常。并在运行一年后进行
跟踪检查，各焊缝运行正常，各支吊良好。
在总结第一次改进的基础上，我们对处理方案又进行了完善，主要是考虑到钢102 管材
在600℃以上热稳定性较差，以及套管没有蒸汽冷却，就将局部高再钢102管（顶棚上第一
个焊口往下2 米位置）和套管材质更换为T91 管材（材质更换未执行），且将套管位置适当
上移。
按此方案该厂又在2005 年5 月在#1 炉扩大性小修中，对#1 炉高再管前半屏共486 根管
子进行了加套管处理处理，检修中由于是半屏整体取管更换，为了防止管屏下沉而改变原承
重结构，我们又充分利用脚手架，把每一根要割的管子都牢牢的锁死在脚手架上，防止管屏
下沉，同时又在各支吊架上做好标记，以便于安装时核对。为了便于焊接，我们又将各排取
管长度设计为阶梯状，即炉前数第1 排割管长度最大，第9 排割管长度最小，并将每一根管
子进行编号。
施工中我们又严格要求施工人员按网络图进行，施工队分三组同时进行，白天焊接，晚
上照片，两天一排，顶棚密封焊同时进行，并要求施工队工艺员现场把关，在严格的施工组
织协调下，主体工程在22 天内完工，水压试验一次成功。并经过半年多的运行检验，证明
此种改进设计方案是合理的，施工组织方案是切实可行的。
通过实践检验，我们认为哈尔滨锅炉厂引进CE 技术设计制造的HG-1025/18.2-WH10炉
型，在受热面管穿顶棚管处的承重、密封结构确实有改进的必要，当然我们进行的加套管处
理不一定是最好的方案，该方案是否成熟也还有待运行中进一步检验，但对其它厂处理相关
锅炉缺陷也有一定的参考价值。
作者简介 尹华立 1973 年2 月2 日出生 大专文化 湖南湘潭发电有限责任公司生技部锅炉组组长 助理工程师 从事10 多年
300MW 锅炉检修管理工作，有较高的锅炉理论知识水平和较丰富的现场工作经验。工作地址：湖南湘潭发电有限责任公司生技部
邮编：411102 电话：07325203170 传真：07325203200 电子邮箱：yhl222@sina.com
王双勇 1976年2月16日出生   大专文化 湖南湘潭发电有限责任公司生技部锅炉专工 助理工程师 从事多年300MW锅炉运行检
修管理工作，对300MW 及以上锅炉机组运行和本体结构有较深入的研究。工作地址：湖南湘潭发电有限责任公司生技部 邮编：
411102 电话：07325203170 传真：07325203200 电子邮箱：wshy3501@163.com
任建文 1973 年出生   本科文化 湖南湘潭发电有限责任公司生技部锅炉专工 助理工程师 从事多年300MW 锅炉检修技术工作，
有较深的锅炉理论知识水平和较高的检修技术技能。工作地址：湖南湘潭发电有限责任公司生技部 邮编：411102 电话：
07325203170 传真：07325203200

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