闡述了主蒸汽管壓力表管開孔處內(nèi)壁裂紋產(chǎn)生的原因,提出了相應(yīng)的預(yù)防措施及對策。
娘子關(guān)發(fā)電廠3號、4號機(jī)組為哈爾濱三大動力廠生產(chǎn)的100MW火力發(fā)電機(jī)組,分別于1980年11月和1982年9月投產(chǎn),其主蒸汽壓力8.83MPa,蒸汽溫度為535"C,流量為雙管410t/h。在機(jī)組運行達(dá)10萬小時之后相繼發(fā)生主蒸汽機(jī)側(cè)4.5m壓力表管座處泄漏事故,嚴(yán)重影響到機(jī)組的安全運行。因此查找并分析其泄漏原因,提出相應(yīng)的預(yù)防措施和對策,對保證六大金屬部件的安全運行是十分必要的。
1.管座泄漏和主蒸汽管內(nèi)壁檢查情況
3號、4號機(jī)主蒸汽管規(guī)格為Y273X28,材料為10Crmo910,機(jī)側(cè)4.5m處均接有蒸汽壓力表管,規(guī)格為Y14X2.0,材料為12CrMoV,二者是由Y20,
Y14加強(qiáng)管座相連接。1999年在開機(jī)前水壓試驗中2臺機(jī)先后在此表管的管座角焊縫處發(fā)生泄漏。去除管座打磨后經(jīng)磁粉探傷檢查發(fā)現(xiàn)主蒸汽管開孔處存在3條放射狀裂紋,其中在開孔的后方裂紋最長,深度為8mm,裂紋宏觀可見內(nèi)有氧化物存在。后經(jīng)擴(kuò)孔至Y25mm左右檢查,開孔周圍其它裂紋均消除,而孔后方沿主蒸汽管汽流方向有一條裂紋在內(nèi)壁處仍未消除。為了將裂紋缺陷徹底消除,決定在開孔處前100mm和后700mm將主蒸汽管段割下。除對管內(nèi)狀況進(jìn)行檢查外,還對主蒸汽管內(nèi)壁裂紋的生成原因做了進(jìn)一步分析。
a)采用內(nèi)窺鏡對未割除兩端的主蒸汽管內(nèi)壁進(jìn)行了宏觀檢查,表管開孔處來汽端管內(nèi)壁未見異常,而表管開孔處后700mm以外主蒸汽管內(nèi)壁雖未發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋,但內(nèi)壁表面被汽流沖刷呈粗糙的溝條狀。
b)對割下的約800mm管段內(nèi)進(jìn)行了宏觀檢查,表管開孔的來汽方內(nèi)壁未見異常,而表管開孔處及后方向上有多條裂紋存在。
2裂紋性質(zhì)
經(jīng)檢查分析認(rèn)為。
a裂紋屬冷熱疲勞裂紋。機(jī)組在運行中因工況突然變化,壓力表管中的飽和水回流,使主蒸汽管內(nèi)壁的局部溫度驟然降低,產(chǎn)生了較大的冷熱交變應(yīng)力所致。
b隨著機(jī)組運行時間的增長,飽和水回流次數(shù)增加,在開孔周圍及后方的管道內(nèi)壁上逐漸萌生裂紋并逐步沿伸增大,最終在管孔處發(fā)生泄漏。
c根據(jù)相關(guān)資料介紹,此類疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展總壽命約為5000周次。
3.裂紋形成原因分析
3.1連接方式及長度的影響
主蒸汽壓力表管從開孔處接出后分3路接至主汽壓力表盤、就地壓力表盤及壓力變送器3處,且均為盲腸性死管。在機(jī)組啟停時管內(nèi)蒸汽極易受到管壁冷卻而形成飽和水。連接管路愈長,分路愈多,則熱損失愈大,越容易形成飽和水,形成的飽和水量就愈多,致使主蒸汽管內(nèi)壁產(chǎn)生裂紋所需時間愈短.
3.2壓力表管的保溫
現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),壓力表管路上的保溫老化、脫落、殘缺不全,有的管段甚至無保溫,致使表管熱損失加大,更容易產(chǎn)生大量的積水。
3.3水壓試驗
機(jī)組在水壓試驗時,由于此表管為盲腸管,管內(nèi)有可能存有大量的積水無法排凈,隨著主蒸汽溫度升高后,大量積水回流到主蒸汽管表管開孔處后
方,這也是造成疲勞裂紋生成的一個原因。
3.4機(jī)組運行參數(shù)的變化
機(jī)組調(diào)峰升降參數(shù),特別是鍋爐滅火、汽輪機(jī)突然甩負(fù)荷等引起的參數(shù)突變,更容易造成表管中飽和水回流,使主汽管內(nèi)壁局部溫度驟降,產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。
3.5機(jī)組啟停次數(shù)及運行時間
隨著相組啟停次數(shù)和運行時間的增加,熱疲勞周次也隨之增加,裂紋擴(kuò)展加快。
4.預(yù)防措施及對策
根據(jù)多年來的工作實踐和對熱疲勞裂紋萌生壽命的理論估算,鑒于目前我國火力發(fā)電機(jī)組設(shè)計技術(shù)現(xiàn)狀,無法徹底根除此類裂紋的產(chǎn)生。也就是說此類裂紋的產(chǎn)生是必然的,只不過發(fā)生的時間早晚與所采取的措施有直接關(guān)聯(lián)。
a在條件允許的情況下’從設(shè)計時和改造中應(yīng)考慮盡量減少壓力表管的長度’以減少管內(nèi)飽和水量。
b重視儀表管路的保溫工作,選用性能較好的保溫材料對此類管路予以全部保溫。
c改進(jìn)此類表管與主蒸汽管內(nèi)壁的連接方式。在管座上加裝一只套管,并伸進(jìn)主汽管內(nèi)壁10mm?15mm,減少飽和水直接流到主汽管內(nèi)表面造成主汽管內(nèi)壁局部溫度驟降而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
d水壓試驗后,設(shè)法將此類管內(nèi)積水排凈。
e加強(qiáng)對機(jī)組運行燃燒調(diào)整和汽輪機(jī)油質(zhì)的監(jiān)督管理,盡量減少鍋爐滅火和汽輪機(jī)甩負(fù)荷等引起的機(jī)組參數(shù)波動。
f當(dāng)表管處發(fā)生泄漏時,除了對泄漏處進(jìn)行處理外,還要對主汽管開孔處內(nèi)壁,特別是孔后方管道內(nèi)壁進(jìn)行相應(yīng)探傷檢查,確保裂紋及時得到發(fā)現(xiàn)和消除。在機(jī)組運行5萬小時后對該處主汽管道,尤其是開孔處對應(yīng)后方約1m處管段進(jìn)行超聲波探傷,以期能及早發(fā)現(xiàn)蒸汽管內(nèi)壁存在的裂紋。在機(jī)組運行10萬個小時后,結(jié)合對機(jī)爐外部直徑小于Y76mm管道的更新,應(yīng)對開孔處蒸汽管道進(jìn)行全面檢查、鑒定、更換,以確保重大金屬部件的安全運行。
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