根河电厂主蒸汽管道开裂失效分析及预防措施

摘要：对根河发电厂#5炉进行了定期检验，发现了主蒸汽管道与集汽集箱出口相连的第一个弯管背弧处存在大量裂纹。分析了裂纹产生及扩展的原因，提出了预防同类事故的措施。

Abstract: By carrying on the periodic inspection to the No.5 stove in Genhe power plant，We found a lot of cracks in first elbow convex place of main steam pipe connected with the export of collection steam and collection box，analyzed the reasons for generation and expansion of cracks，finallyproposed measures to prevent similar accidents

关键词：主蒸汽管道；失效分析；裂纹；蠕变

Key words: main steam conduit；invalidation analysis；crack；slow change

中图分类号：TM62 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）36-0185-01

1主蒸汽弯管的开裂情况

在对＃5炉进行的首次锅炉定检中，经拆除保温后宏观检查发现，在主蒸汽管道与集汽集箱出口相连的第一个弯管的背弧处存在大量裂纹。其中，最大的一条裂纹（以下简称主裂纹）位于弯管背弧中轴线偏上位置处，与背弧中轴线接行，长约2324mm。对该裂纹打磨5mm深后，仍宏观清晰可见。在主裂纹的下方约32mm处有一条与主裂纹走向平行的裂纹，长约270mm。在背弧中侧，主裂纹下侧可见数十条长度为1至 100mm的小裂纹。此外，整个弯管的外表面均可见腐蚀痕迹。

弯管的内弧呈现明显的蠕胀变形，其中最大的直径增加量为5.55mm，总的相对蠕变应变ε＞2%，已达到DL/T441-2004《火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督规程》要求更换管道的条件。弯管的内弧处还有一处鼓包，鼓包中间有最长一条约35mm的裂纹，裂纹两侧有数十条并行的长约2-20mm的小裂纹。

由于上述裂纹的发现，对主蒸汽管道的其它各个弯管都进行了宏观检查和磁粉探伤，在这些弯管的侧、背弧处均发现长约2至20mm的小裂纹，这些裂纹经少许机械打磨后均可消失。

2试验

对存在上述主裂纹的主汽弯管进行了金相组织分析和力学性能测试，为开裂原因分析提供依据。

2.1 金相组织分析在主裂纹附近进行了金相复膜检查，该处金相组织为珠光体+铁素体，珠光体球化3-4级。

2.2 力学性能测试由于第一弯管已经整体失效，决定更换处理，故从割下的弯管中进行了取样，进行了（纵向）力学性能测试。

其抗拉强度下降约15%，而屈服强度下降24%，塑性下降16.7%。

3原因分析

3.1 开裂原因分析机组在原根河林业局管理运行的15年期间，机组常有超负荷运转情况，从以往的运行记录中发现，主汽出口温度经常超过规定值，最高达470℃以上。主蒸汽管道长期在超温下运行，蠕变速度显著加快、机械性能严重下降、珠光体球化加速。

设备长期在超温情况下运行，随着蠕变的加速，主蒸汽管道的表面缺陷将成为宏观裂纹的起源。

3.2 裂纹扩展原因分析①机组在2004年划归华能呼伦贝尔能源公司后，并入呼伦贝尔电网运行。因网内负荷需要，改为调峰机组，基本每天起停一次，全年累计起停大于300次。在机组的每一次启动――运行――停车的过程中，设备的承压部件都经受一次加载――保载――卸载的循环，保载时间内零件承受设计应力和温度的作用，停车后便完全卸载，温度亦降低。因为可以近似看成是具有一定保持时间的“拉――拉”循环。尖峰负荷机组在高温低周疲劳的条件下工作，受到蠕变和疲劳的交互作用。是导致裂纹快速发展的第一主要原因。②对#5机组的整个管系支吊架检查发现，所有的弹簧吊架已过载卡死，固定支吊架的位置也安装不当，整个支吊系统已基本失效。这就必然导致整个管系的应力状况恶化，应力集中明显，加速了裂纹的扩展。

3.3 裂纹产生部位原因分析①由于疏水的原因，在锅炉起炉时，主蒸汽管道升温速度低于起炉升温速度，当集汽联箱温度达到435℃时，主蒸汽管道温度却只在280-300℃之间。由于#5炉主蒸汽管道采用汽机主汽母管的新蒸汽直接加热方式，因此在并汽时，主蒸汽管道温度在不到二分钟之内达到435℃，升温速度＞75℃/min。在弹性范围内，热应力σ与为热循环上下温度差ΔT有下述关系：σ=KE・α・ΔT。式中K为约束系数，E为弹性模量，α为热应力。从蒸汽走向上看，相对于其它弯管，主蒸汽管道与集汽集箱出口相连的第一个弯管在并汽时产生的温度差最大，因此其承受的附加热应力也相应最大。②从管系走向上看，主汽第一弯管需要补偿的管系热膨胀变形量最大，因此其受管系支吊架系统失效的影响也最大，是最早发生失效的主要原因。

4失效分析结论及防范措施

主蒸汽弯管背弧的裂纹失效，为蠕变、疲劳交互作用产生的。裂纹的迅速发展与设备的不规范运行、管道支吊架失效及设备的起停频繁有直接关系。外观形态上看，裂纹由上侧外弧面，弯管中间应力最集中位置产生，且迅速向二侧发展，以至达到起炉爆破的危险程度。从以上失效分析情况可以得出以下几点建议：①起炉时的暖管，应按运行操作规程进行，并汽前应开启主蒸汽管道疏水，保证疏水畅通，使主蒸汽管道升温速度在规程范围内，把管道热应力控制在允许范围内。②及时合理地调整管系支吊架，高温管道与支吊架在运行过程中，其状态是会发生变化的，必须按照DUT616-1997《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》的要求进行监察与维护，建立管道支吊架管理制度，以便于以后建立正常的寿命管理体系。机组每次大修时，技术人员根据有关规程和标准的要求和规定，对机组支吊架目视检查一次，并做好记录，发现问题应及时研究处理。③在允许的情况下，应尽量减少启、停炉次数，且启、停炉时应按照相关规程、规范严格执行，不应因考核小指标而缩短启、停炉时间。运行中更应按运行规程进行操作，严格杜绝超温运行。④设备到货及安装前，应对各部件做好前期检验及安装前检验工作，严格检验各部件的表面缺陷及制造工艺，防止设备带缺运行。

参考文献：

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