減溫減壓器震動(dòng)導(dǎo)致裂紋的研究

李伯稱(chēng) 王旭春

摘要：針對(duì)減溫減壓器在運(yùn)行期間產(chǎn)生震動(dòng)導(dǎo)大小接頭處出現(xiàn)裂紋，并在對(duì)產(chǎn)生的裂紋進(jìn)行原理分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)裂紋的研究，總結(jié)出穿晶斷裂、沿晶斷裂兩種斷裂的不同點(diǎn)。最后根據(jù)斷裂產(chǎn)生的機(jī)理提出整改措施和改進(jìn)方法成功解決了減溫減壓器震動(dòng)導(dǎo)致裂紋的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：減溫減壓器；穿晶斷裂；沿晶斷裂

減溫減壓器裝置，顧名思義，就是將高溫高壓蒸汽降為客戶(hù)能夠使用的低壓低溫蒸汽（可為過(guò)熱蒸汽）。以鍋爐過(guò)熱器出口為例，鍋爐產(chǎn)生蒸汽經(jīng)過(guò)熱器出口到汽輪機(jī)做功，汽輪機(jī)對(duì)于進(jìn)入的蒸汽參數(shù)有個(gè)范圍要求，如果過(guò)熱器出口的蒸汽參數(shù)超出汽輪機(jī)所要求的高限，就會(huì)對(duì)汽輪機(jī)造成損壞。所以必須用減溫減壓器/減溫減壓裝置將參數(shù)降到適用范圍以?xún)?nèi)。汽封系統(tǒng)一般沒(méi)有減溫減壓器/裝置，用均壓箱來(lái)供汽。

1.減溫減壓器介紹

1.1工藝流程的介紹

四川石化自備電站共設(shè)置12臺(tái)減溫減壓器，分別為三個(gè)壓力等級(jí)蒸汽管網(wǎng)供汽常規(guī)減溫減壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)常減）共6臺(tái)，分別為9.8MPa至4.0MPa常減2臺(tái)，4.0MPa至1.2MPa常減2臺(tái)，1.2MPa至0.4MPa常減2臺(tái)。 快開(kāi)減溫減壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)快減）共6臺(tái)，分別為9.8至4.0MPa快減4臺(tái)，9.8MPa至1.2MPa快減1臺(tái)，9.8MPa至0.4MPa快減1臺(tái)。

1.2 減溫減壓器設(shè)備介紹

1.3 減溫減壓器工作原理介紹及問(wèn)題描述

四川石化自備電站減溫減壓器采用的是混合式，通過(guò)減溫水直接對(duì)9.8MPa蒸汽進(jìn)行噴水?dāng)U容降溫減壓，保證4.0MPa、1.2MPa、0.4MPa三條蒸汽管網(wǎng)壓力運(yùn)行正常。但在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了不同程度的高低頻振動(dòng)和裂紋，嚴(yán)重威脅了安全生產(chǎn)。為了更好的研究下面通過(guò)對(duì)減溫減壓器材質(zhì)、減溫水與蒸汽關(guān)系、減溫減壓器本體結(jié)構(gòu)等幾方面進(jìn)行研究。

2.產(chǎn)生裂紋介紹

2.1裂紋產(chǎn)生點(diǎn)

減溫減壓器在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)了不同程度的震動(dòng)現(xiàn)象，并且在大小頭處出現(xiàn)了裂紋，裂紋細(xì)長(zhǎng)而曲折，導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中減溫減壓器不能運(yùn)行，嚴(yán)重威脅生產(chǎn)。

2.2產(chǎn)生裂紋原理

金屬裂紋的產(chǎn)生有兩種，一種是穿晶斷裂、一種是沿晶斷裂。

穿晶斷裂：面滑移造成的滑移面分離而產(chǎn)生的，它包括純剪切和微孔聚合型斷裂兩種型式，后者較為常見(jiàn)。微孔聚合型斷裂過(guò)程是在外力作用下，在夾雜物、第二相粒子與基體的界面處，或在晶界、相界、大量位錯(cuò)塞積處形成微裂紋，因相鄰微裂紋的聚合產(chǎn)生可見(jiàn)微孔洞，以后孔洞長(zhǎng)大、增殖，最后連接形成斷裂。用電鏡觀察到的斷口被稱(chēng)為韌窩的微孔覆蓋著，又稱(chēng)韌窩斷裂。韌窩是微孔的一半。韌窩有等軸型、切變型和撕裂型3種，其形狀受力狀態(tài)制約，參考韌窩形狀可估計(jì)造成斷裂時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)類(lèi)型。沿晶斷裂：當(dāng)沿晶斷裂斷口形貌呈粒狀時(shí)又稱(chēng)晶間顆粒斷裂。多數(shù)情況下沿晶斷裂屬于脆性斷裂，但也可能出現(xiàn)韌性斷裂，如高溫蠕變斷裂。從斷裂現(xiàn)場(chǎng)檢查來(lái)看，減溫減壓器的裂紋屬于沿晶斷裂，裂紋曲折而沿著晶粒之間的鏈接處，在金屬鍵最薄弱的地方斷裂開(kāi)，這與減溫減壓器出現(xiàn)應(yīng)力集中、堿腐蝕、高低頻振動(dòng)有關(guān)。

3.裂紋產(chǎn)生原因分析及整改措施

3.1斷裂機(jī)制分析

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)斷裂情況現(xiàn)場(chǎng)分析，及蘭州石油化工設(shè)備檢測(cè)所對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查和化學(xué)成分分析、力學(xué)分析，減溫減壓器材質(zhì)復(fù)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，管線(xiàn)設(shè)計(jì)復(fù)合規(guī)范，進(jìn)出口配置管材為12Cr1MoV，高低頻振動(dòng)問(wèn)題和裂紋問(wèn)題存在的原因不在材質(zhì)上。為了確保分析準(zhǔn)確，特別對(duì)減溫減壓器的減溫水進(jìn)行檢查，初步懷疑由于減溫水問(wèn)題導(dǎo)致蒸汽帶水，產(chǎn)生高低頻振動(dòng)和應(yīng)力集中導(dǎo)致減溫減壓器出現(xiàn)裂紋，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查和減溫減壓器（以1#、2#為例）進(jìn)口流量400t/h，壓力9.4MPa，溫度540℃，減溫水壓力13.7MPa，溫度158℃，通過(guò)參數(shù)對(duì)比得出減溫水在擴(kuò)容的蒸汽中仍能以氣態(tài)形式存在，在減溫減壓器當(dāng)前壓力下不會(huì)以液態(tài)水的形式存在，所以減溫水不是產(chǎn)生高低頻振動(dòng)的原因。

3.2產(chǎn)生裂紋原因分析

3.2.1根據(jù)減溫減壓器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際管件布局如圖2所示，由于大小頭處與減溫減壓器流量孔板之間沒(méi)有疏水點(diǎn)，孔板處有凸臺(tái)與大小頭減溫減壓器系統(tǒng)存在疏水盲區(qū)，存在積水洼地。由于鍋爐給水采用氨液、磷酸鹽等調(diào)節(jié)PH值，流量計(jì)前無(wú)疏水點(diǎn)，使流量計(jì)凸臺(tái)前造成積水現(xiàn)象，容易造成干濕交替環(huán)境，導(dǎo)致堿濃縮，濃度增大。

3.2.2減溫減壓器節(jié)流管件與封頭處采用角焊縫焊接工藝如圖3所示，導(dǎo)致焊縫應(yīng)力集中，在堿性環(huán)境下產(chǎn)生堿應(yīng)力腐蝕。

3.3整改措施

通過(guò)對(duì)減溫減壓器產(chǎn)生裂紋內(nèi)因與外因的研究，通過(guò)采取措施避免干濕交變環(huán)境的產(chǎn)生，進(jìn)而避免扭應(yīng)力的產(chǎn)生，通過(guò)增加支撐等手段避免減溫減壓器高、低頻震動(dòng)，減少由于震動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力長(zhǎng)期作用于熱影響區(qū)。通過(guò)增加疏水點(diǎn)、增設(shè)支撐等方法，成功解決了減溫減壓器由于震動(dòng)產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題。主要措施如下：

3.3.1結(jié)構(gòu)改造：通過(guò)增加結(jié)構(gòu)支撐來(lái)消除高頻振動(dòng)，在距離減溫減壓器進(jìn)口疏水點(diǎn)1000mm和4300mm的地方增加兩處彈簧式徑向支撐，釋放減溫減壓器徑向應(yīng)力，從而消除高頻振動(dòng)。在減溫減壓器流量計(jì)與大小頭之間增加疏水點(diǎn)，將2200mm的水凹區(qū)域的疏水排凈，避免由于疏水排不凈導(dǎo)致產(chǎn)生干濕交變環(huán)境，繼而產(chǎn)生堿腐蝕及扭力。通過(guò)疏水點(diǎn)的增加，堿環(huán)境消失，干濕交變環(huán)境消失，氣象部分的膨脹力和液相部分的收縮力都化解了，作用于大小頭處的扭應(yīng)力沒(méi)有了，達(dá)到了消除低頻振動(dòng)的目的。

3.3.2工藝改造：原減溫減壓器是角焊縫，為單面焊接方式，這種方式會(huì)是金屬晶粒直徑增大，導(dǎo)致晶粒見(jiàn)接觸面積變小，從而易出現(xiàn)疲勞斷裂現(xiàn)象。通過(guò)改進(jìn)工藝，將大小頭處改為鑄造，而焊接方式改為平焊縫，通過(guò)熱處理，保證兩面切口焊接，金屬晶粒均勻，直徑較小，保證了晶粒間接觸面積，從而增加焊接處強(qiáng)度和抗疲勞度。

4.結(jié)語(yǔ)

減溫減壓器是多管網(wǎng)運(yùn)行的重要連接設(shè)備，它的良好運(yùn)行能保證管網(wǎng)大系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行和對(duì)突發(fā)事故的處理能力，對(duì)于減溫減壓器產(chǎn)生的裂紋研究能及時(shí)的解決問(wèn)題，找出問(wèn)題的原因，對(duì)設(shè)備改造提供了良好的依據(jù)，對(duì)于減溫減壓器系統(tǒng)的成熟度有了一定的幫助。對(duì)于裂紋的研究有助于第一時(shí)間找出設(shè)備產(chǎn)生裂紋的原因，對(duì)于第一時(shí)間解決問(wèn)題提供了保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇輝，陳冷，閻振棨.金屬沿晶斷裂表面的隨機(jī)分形分析.科學(xué)通報(bào)，1991，19.

[2]劉宗昌.淬火高碳馬氏體沿晶斷裂機(jī)制，金屬學(xué)報(bào)，1989，04.

[3]褚武揚(yáng)，于廣華，喬利杰，程以環(huán).鋼的氫致沿晶斷裂理論，《中國(guó)科學(xué)E輯：技術(shù)科學(xué)》， 1996年05期.