#3機組主蒸汽管道溫度套管開裂原因分析及處理措施

李勇

摘??要：通過分析蒸汽管道溫度套管開裂的原因，提出了可靠的處理措施，以期為類似隱患部位提供檢查和處理方案。

關(guān)鍵詞：蒸汽管道;溫度套管;焊縫;單面角焊

中圖分類號：TG441.7?????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.151

1??事件詳情

在2011-07-29T18：00的運行巡檢中發(fā)現(xiàn)，#3機汽機房0?m主蒸汽管道保溫層部內(nèi)有滴水現(xiàn)象，拆除保溫層后發(fā)現(xiàn)，溫度套管根部焊縫處存在裂紋，立即停機處理。#3機組在2007-03-19投運，2011-08-03因主蒸汽母管溫度套管焊口開裂被迫停運，累計運行約?33?545.27?h。

2??原因分析

2.1??結(jié)構(gòu)因素

因溫度測點套管為錐體，主汽管開孔的接觸面厚15?mm，導(dǎo)致該焊縫形式為單面角焊，焊縫結(jié)構(gòu)為不焊透結(jié)構(gòu)，且因坡口角度較小，焊接時焊條難以擺動，極易產(chǎn)生焊層未融合或坡口黏合，進而在振動應(yīng)力的作用下導(dǎo)致缺陷開裂。

因溫度測點伸入管內(nèi)部分為錐狀，在焊縫根部形成尖角，造成應(yīng)力集中，這是降低焊接接頭疲勞強度的主要原因，裂紋會在機組長期運行的過程中擴展，進而導(dǎo)致焊縫開裂。

2.2??焊接應(yīng)力作用

套管座焊縫形成后，構(gòu)成一個封閉回路，稱為“封閉焊縫”。封閉焊縫是在較大的限制下焊接的，因此，內(nèi)應(yīng)力比自由狀態(tài)時更大。切向應(yīng)力σq會在焊縫附近時達到最大，即拉應(yīng)力，并會由焊縫向外側(cè)逐漸下降為壓應(yīng)力。如果由焊縫向中心作用，則σq會形成均勻值。

2.3??角焊縫的影響

在各種焊接結(jié)構(gòu)中，角焊縫造成的應(yīng)力集中是最嚴重的。在出現(xiàn)裂紋的接管座中，溫度測點套管與蒸汽管道或?qū)苤苯咏呛赶噙B，由于管道內(nèi)的高溫、高壓蒸汽具有介質(zhì)作用力和存在介質(zhì)流動現(xiàn)象，導(dǎo)致套管產(chǎn)生一定的振動，進而產(chǎn)生振動應(yīng)力，使接管座中原先就存在應(yīng)力集中的角焊縫更易產(chǎn)生疲勞開裂，甚至延伸至整圈，并由內(nèi)向外裂至焊縫外表面。

2.4??異種鋼焊接

主蒸汽母管管材為P91，溫度套管材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti。上述2種材料之間的焊接屬異種鋼焊接。1Cr18Ni9Ti（熱電偶套管）屬于“A”類材質(zhì)，P91（主汽管）屬于“M”類材質(zhì)，按照《火力發(fā)電廠異種鋼焊接技術(shù)規(guī)程》（DL/T?752—2001），其焊接屬于“AM”組異種鋼焊接，應(yīng)選用鎳基材質(zhì)的焊絲或焊條，采用氬弧焊打底，焊前應(yīng)預(yù)熱，并按P91材料焊接工藝進行焊后熱處理。廠家實際施焊選用了A302焊條，即Cr23Ni13不銹鋼，導(dǎo)致原始焊接工藝焊材選用不當(dāng)。

焊縫填充金屬的線膨脹系數(shù)與管座的線膨脹系數(shù)基本相同，但與主管材P91的線膨脹系數(shù)差別較大，是P91材質(zhì)的1.4倍。高溫運行時，在主汽管側(cè)熔合線兩側(cè)的焊縫和母材的線膨脹系數(shù)差別過大，導(dǎo)致熱變形不一致，進而在焊縫界面處產(chǎn)生了較大的熱應(yīng)力，且無法采用焊后熱處理的方法消除。更嚴重的是，在運行過程中，由于溫度變化和啟停的熱循環(huán)作用，在接頭界面產(chǎn)生了附加熱應(yīng)力，隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，熱應(yīng)力的變化將加劇接頭的熱疲勞破壞，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生并快速擴展，這是引起開裂的根本原因。

2.5??奧氏體鋼與馬氏體組織鋼焊接的影響

奧氏體鋼與馬氏體組織鋼焊接時，根據(jù)舍夫勒·德龍的組織圖，由于化學(xué)成分和金相組織方面存在差異，選擇與任何一側(cè)成分相近的焊接材料焊接，均會在非奧氏體鋼熔合線附近形成較寬的脆化過渡層，這大大降低了接頭的抗裂性能。同時，奧氏體焊縫緊鄰熔合線處存在一條較窄的低塑性帶，通常稱為“熔合區(qū)脆化交界層”，寬度約為0.2～0.6?mm，其化學(xué)成分和組織不同于焊縫的其他部分，且會降低沖擊韌性。

2.6??#3機組工況變化的影響

2011-07-25T16：34，平西5312線跳閘，#3機組切除AGC，調(diào)度令#3機組負荷由605?MW快速降至400?MW;2011-07-25T16：54，#3機組負荷降至400?MW，且保持穩(wěn)定;2011-07-25T17：12，平西5312線恢復(fù)運行，調(diào)度令#3機組負荷由400?MW快速升至605?MW;2011-07-25T17：56，#3機組負荷為605?MW，且保持穩(wěn)定。

2011-07-27T16：47，NCS畫面顯示500?kV5312線跳閘，功率為0;2011-07-27T16：50，5302線跳閘，功率為0.此時，只有5303線保持運行，但嚴重過載，調(diào)度令立即切除#3機組AGC，快速降低負荷。2011-07-27T16：52，調(diào)度令拍停#3機組;復(fù)令后，2011-07-27T16：53拍停#3機組;2011-07-27T22：25，#3機組再次并網(wǎng)，并網(wǎng)前汽機打閘一次。

2011-07-29T18：00的運行巡檢中發(fā)現(xiàn)，#3機組汽機房0?m主蒸汽管道保溫層部內(nèi)有滴水現(xiàn)象。從時間上推算，#3機組主蒸汽母管溫度套管泄漏與此前機組負荷大幅波動、調(diào)度要求快速拍停和啟機有直接聯(lián)系。

2.7??檢測困難

因管座焊縫缺陷處于坡口結(jié)構(gòu)和裂紋的產(chǎn)生源，導(dǎo)致檢測困難。理論上，超聲波可探測內(nèi)部融合線缺陷，磁粉可探測近表面和表面開口缺陷，滲透可探測表面開口缺陷，但在實際中，上述方法都只能有效檢測表面開口缺陷，內(nèi)部缺陷探測困難，且管座焊縫缺陷難以控制，不易徹底消除。因此，上述情況在多數(shù)電廠中普遍存在，只能通過加強檢測或更換設(shè)備緩解此問題。

3??處理措施

具體的處理措施分為以下4步：①檢查了#3機組的主蒸管道、高壓旁路、熱再熱蒸汽管道中的所有溫度套管，除泄漏溫度套管外，發(fā)現(xiàn)主蒸汽母管上還有一處裂紋。因此，采用T91材質(zhì)溫度套管替換了原先的套管。主蒸汽支管上共有6只溫度套管存在裂紋。因此，嚴按照按熱處理工藝處理打磨了全部焊縫，并選擇了鎳基焊條焊接。在下次檢修中，應(yīng)更換T91材質(zhì)的溫度套管，并將焊接坡口擴大至45°。②訂做專用關(guān)卡并擇機安裝，防止主蒸汽支管溫度套管泄漏飛出。③依次反饋#1、#2、#3和#4機組的停機檢修時間，檢查、評估汽水管路上的溫度套管，尤其是#1、#2機組汽水管路上的溫度套管運行已超過1.0×105?h，應(yīng)研究是否全部更換。④在正常運行和啟停機期間，應(yīng)避免主汽溫度大幅波動，溫度變化應(yīng)控制在規(guī)程允許的范圍之內(nèi)。

參考文獻

[1]楊富.新型耐熱鋼焊接[M].北京：中國電力出版社，2006.

〔編輯：張思楠〕

#?3?Unit?Casing?Main?Steam?Pipe?Temperature?Cracking?Analysis?and?Treatment?Measures

Li?Yong

Abstract：?By?analyzing?the?temperature?of?the?steam?pipe?casing?cracking?reasons?put?forward?a?reliable?treatment?measures，?in?order?to?provide?checks?and?processing?solutions?for?similar?hazard?area.

Key?words：?steam?pipe;?thermowell;?weld;?one-sided?fillet?weld