研究火電廠主蒸汽管道金屬監(jiān)督方法

彭仕旭

（長安益陽發(fā)電有限公司，湖南 益陽 413000）

隨著社會的不斷向前發(fā)展，人們在日常生活和工作過程中，對于電力資源的需求量正在不斷加大，火電廠作為供電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中非常重要的組成部分，在社會供電工作過程中扮演著非常重要的角色。在火電廠的日常生產(chǎn)工作過程中，需要使用到大量的蒸汽鍋爐以及相關(guān)的壓力容器設(shè)備，其中電廠的主蒸汽管道在設(shè)計制造、安裝、使用以及檢測工作方面都作出了非常詳細的規(guī)定和要求?；痣姀S蒸汽管道金屬監(jiān)督作為蒸汽鍋爐金屬監(jiān)督管理工作中非常重要的工作環(huán)節(jié)，受到了火電廠內(nèi)部相關(guān)工作人員的高度關(guān)注和重視，并且對于主蒸汽管道金屬監(jiān)督工作方法，以及相關(guān)操作標(biāo)準已經(jīng)被正式地列入到TRD標(biāo)準規(guī)范要求當(dāng)中?；诖?，本文有效結(jié)合我國某地區(qū)一處火電廠主蒸汽管道產(chǎn)生的破壞性問題進行分析和研究，提出管道金屬監(jiān)督控制工作方法和標(biāo)準。

1 火電廠主蒸汽管道的損壞情況與監(jiān)督工作重點分析

在火電廠的日常工作過程中，使用的是運行溫度在450℃以上的高溫高壓主蒸汽管道構(gòu)件，包含異型管件、閥殼以及主蒸汽出口聯(lián)箱等相關(guān)構(gòu)件。在某火電廠當(dāng)中使用的是高強度耐高溫的鋼材料作為管道的主要金屬材料。針對該發(fā)電廠主蒸汽與再熱蒸汽管道產(chǎn)生的破壞性問題展開全面調(diào)查和分析，通過對該電廠總共93次機組進行檢測，其中在4年期間總共發(fā)現(xiàn)450個管件產(chǎn)生明顯的破壞性問題，在全部損壞的管件當(dāng)中，異形管件的支管和主管之間的直徑比例控制在0.3以上，占到了總比例的百分之50，其中三通管件產(chǎn)生的破壞問題占到總異型管件破壞總數(shù)的70%，直管段和彎管破壞問題占到21%。主蒸汽閥殼占到總破壞數(shù)量的12%，出口聯(lián)箱破壞率占到16%[1]。所有的異型管件產(chǎn)生的破壞問題，主要是以裂紋問題為主，大約超過90%的裂紋產(chǎn)生在焊接縫位置，母材的裂紋不超過10%。通常情況下，焊接縫位置發(fā)生在分支管的連接焊接縫，及異形件和管道之間的連接邊界面的焊接位置，直管段和彎管段產(chǎn)生的損傷問題比例占到60%，主要體現(xiàn)在管道相互之間的焊接位置。在閥殼和出口聯(lián)箱的損壞問題當(dāng)中，也存在50%的問題出現(xiàn)在連接焊接縫的位置。因此，從整個損傷問題產(chǎn)生的部位進行分析，其中大約超過70%的損傷問題產(chǎn)生在焊接縫的位置，特別是在一些異形件與管道的連接焊接縫位置，很容易產(chǎn)生裂紋與損傷情況。如圖1。

圖1 蒸汽管道焊接裂縫

根據(jù)工作人員的統(tǒng)計和分析，該火電廠總共產(chǎn)生過三次以上的彎頭管道爆裂事故，產(chǎn)生爆裂管道的內(nèi)徑大小為175mm，管道壁厚度為30mm，曲率半徑大小為1070mm，在管道使用超過95,000個小時之后，在蒸汽鍋爐滿負荷運行工作狀態(tài)下，彎管的外側(cè)區(qū)域突然產(chǎn)生爆破問題，爆破口長度達到1100mm，經(jīng)過進一步檢查和分析之后再產(chǎn)生爆破范圍之內(nèi)，有一平行于主坡口的軸向裂紋問題，裂紋深度達到管道壁厚度的80%。除此之外，其中還存在很多小裂紋情況，通過材料實驗工作結(jié)果分析可以看出，這種損傷問題主要體現(xiàn)為蠕動變形損傷。

管道所有的爐壁損傷問題，最開始是從外壁開始延伸，針對彎管和直管蠕變損傷裂紋，主要是順著氣流的方向上產(chǎn)生，針對焊接縫裂紋大部分是和焊縫之間相平行，同時在焊縫的熱影響區(qū)域范圍內(nèi)也存在和焊接縫垂直的裂紋，直接延伸到焊接縫。經(jīng)過相關(guān)計算分析得出，由于蒸汽管道的金屬承受應(yīng)力有所不足，很容易出現(xiàn)早期的基礎(chǔ)材料蠕變損傷情況。通過后續(xù)的支吊架情況進行更深入的精確計算和分析結(jié)果，得出支吊架的計算承載能力和實際的偏差量達到50%，因此使得整個管道受力產(chǎn)生明顯的變化，進而出現(xiàn)早期蠕變性損傷問題[2]。

經(jīng)過上述情況分析和研究，可以看出火電廠的主蒸汽管道損傷問題，主要出現(xiàn)在三通閥門、焊接縫以及彎頭的被弧位置，因為支吊架的問題所形成的早期蠕變損傷會造成整個管道的整體性破壞，必須要引起火電廠內(nèi)部管理工作人員的充分重視，這些管道容易產(chǎn)生損傷的問題，是主蒸汽管道金屬監(jiān)督的重要環(huán)節(jié)。

2 火電廠主蒸汽管道金屬監(jiān)督標(biāo)準和方法分析

在主蒸汽管道金屬監(jiān)督工作過程中，所采取的規(guī)定是TRD500系列在TRD508條例當(dāng)中規(guī)定，大功率的蒸汽鍋爐在金屬監(jiān)督工作過程中，需要附加相應(yīng)的檢驗工作措施，同時被檢測的工作部件在高溫持久負荷與交變負荷環(huán)境下工作，電廠的主蒸汽管道則屬于這種類型的部件[3]。因此，在監(jiān)測工作過程中需要準確記錄主蒸汽管道的壓力與溫度高低，有效估算壓力管道的持久負荷量大小，檢查很多金屬的檢驗溫度測點位置，記錄其中的溫度差，以此來估計交變負荷量大小，需要對管道進行蠕脹情況測量和分析，對主蒸汽管道進行無損探傷和重復(fù)性檢驗，對主蒸汽管道表面技術(shù)組織進行研究，同時測量部件的幾何尺寸大小[4]。

2.1 主蒸汽管道的監(jiān)督檢查工作方法

在進行管道系統(tǒng)監(jiān)督檢查工作過程中，首先需要全面檢查整個管道應(yīng)力最大的部位管系的彎管部位，需要基于最終的檢查工作結(jié)果，有效擴展到整個管系當(dāng)中。在某廠金屬監(jiān)督工作中，對一臺已經(jīng)使用超過10萬小時的330兆瓦工作機組進行分析，相關(guān)工作人員在大修工作當(dāng)中，先對鍋爐的出口三通位置和彎管位置進行了全面檢查，其中發(fā)現(xiàn)彎管的背弧位置產(chǎn)生逐漸損傷。因此，工作人員決定擴大檢查工作范圍，對其中所有的焊縫位置進行探傷檢查工作，如果發(fā)現(xiàn)焊接縫隙時有裂紋情況，那么就需要從焊接縫的兩側(cè)區(qū)域母材位置進行檢查，如果其中也發(fā)現(xiàn)存在蠕變損傷問題，就需要對整個管道損傷問題進行排查分析，之后，工作人員認為是整個管道的支吊架產(chǎn)生的問題，決定對整個管道進行更換處理[5]。如圖2。

圖2 蒸汽管道三通

2.2 管道蠕脹監(jiān)督

通過對該火電廠主蒸汽管道進行現(xiàn)場蠕脹監(jiān)督工作，并且設(shè)定出蠕脹監(jiān)測點蠕脹測點設(shè)置工作原則，主要放在應(yīng)力較大、管壁較薄、溫度相對較高的位置，其中一條管道大約需要安裝6～8個蠕脹監(jiān)測點位。

2.3 蠕脹監(jiān)測點位的安裝工作方法

該火電廠運行蒸汽機組當(dāng)中設(shè)置有三種蠕脹監(jiān)測點，在老機組之上通過使用蠕脹測點與我國現(xiàn)階段管道上安裝的蠕脹監(jiān)測點，保持相同測量管道的直徑發(fā)生變化，需要確認蠕脹速率和累計蠕脹變形的大小。第二種方式是在基建工作過程中，需要保證在主站測量點位置，將管道制作成圓形界面，剩余的位置管道厚度不能小于理論計算值，厚度大小通過測量管道周長的變化情況，確認蠕脹數(shù)據(jù)以及累計蠕脹變形量大小。

2.4 金屬組織的監(jiān)督

基于TRD508當(dāng)中的規(guī)范要求，蒸汽管道應(yīng)力最大的位置，金屬組織檢查最短安排在總壽命消耗量的0.6時間段進行，根據(jù)相關(guān)監(jiān)測工作單位的進一步研究分析之后，有效提出使用膠膜金相法對蒸汽管道等各環(huán)節(jié)部件展開質(zhì)量監(jiān)督和分析。在進行基礎(chǔ)管道的金屬組織檢查過程中，需要對檢查部位進行充分磨光、拋光，金屬材料表面覆蓋一層溶解的塑料膠膜，同時在塑料膠膜完全硬化之后，取下在金相顯微鏡或者是高倍電子顯微鏡下進行放大數(shù)百倍觀察。通過顯微鏡觀察可以對其中長度為10-3mm的裂紋以及孔洞情況進行觀察和分析。因為膠膜金相法的具體的損傷發(fā)生位置，對于顯微鏡下觀察所得到的金屬組織與碳化物的析出情況，對孔洞和晶體界線進行分離微裂縫數(shù)量進行調(diào)整，如圖3。

圖3 顯微鏡金屬組織觀察

其中金屬組織可以將其劃分為6級，可以有效測定出金屬外表的處理工作方式。膠膜金相法對于蒸汽管道的殘余壽命監(jiān)督工作效果非常明顯，因為測量的面積相對較小，因此需要有效做好前期的測量準備工作，準確定位需要檢查的位置在觀察到蠕變損傷的信息之后，可以對下一次的檢查工作時間進行確認和判斷，根據(jù)最終的檢查工作結(jié)果，有效確認處理工作方法，可以廣泛地應(yīng)用于管材異形件以及焊接縫等各種部件當(dāng)中。

3 結(jié)語

綜上所述，在針對本次火電廠主蒸汽管道的監(jiān)督工作過程中，對于彎管部分提出了更加嚴格的監(jiān)督工作要求，對于其中已經(jīng)超過10萬小時運行工作時間的老蒸汽機組而言，必須要做好無損金屬組織的檢查與監(jiān)督工作，不能在超過15萬小時的運行時間之后再進行檢查。由此可以看出，該火電廠在工作過程中，主蒸汽管道的安全性非常關(guān)鍵，并且逐漸積累出大量的工作經(jīng)驗，基于這些工作經(jīng)驗所制定出的監(jiān)督和處理工作方法，可以有效保證整個火電廠的生產(chǎn)工作穩(wěn)定進行。