電站鍋爐高壓主給水管道彎頭裂紋產(chǎn)生原因分析

朱森林

湖南省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司 湖南湘潭 411100

在我國的電站鍋爐的運行工作中，高壓給水管道扮演著舉足輕重地位，不但要盡可能地承受高溫和高壓，而且還要承載著水泵的壓力。在主要的給水管道中，彎頭處的作用顯得十分重要，不但被用來改變管道內(nèi)物質(zhì)的運動方向，而且還起著緩解溝通樞紐的作用，是約束管道熱脹冷縮的關(guān)鍵。由于電站實際的主給水管道中錯綜復(fù)雜，導(dǎo)致水管道的彎頭處承載能力各不相同，往往一些地方承載過大導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。現(xiàn)階段，造成電站出現(xiàn)安全事故的原因有很多，其中最主要的原因便是管道內(nèi)部彎頭處出現(xiàn)裂紋所致。根據(jù)過去電站給水管道出現(xiàn)裂紋的情況，可以看出這些裂紋經(jīng)常呈現(xiàn)網(wǎng)狀，放射狀等形態(tài)，雖然這些彎頭裂紋細(xì)微，但往往是造成電站安全事故的根本原因[1]。

1 給水管道彎頭產(chǎn)生裂紋的原因

目前，針對電站鍋爐中高壓給水管道出現(xiàn)問題的原因，相關(guān)的研究機構(gòu)都進行了不同程度地研究和檢驗。根據(jù)這些現(xiàn)有的研究和檢驗可知，大多研究的方向都集中振動對于主給水管道中的影響，對高壓給水管道內(nèi)部產(chǎn)生振動的原因進行了系統(tǒng)的研究并通過實際檢驗探索給出了一些改善方法。但是這樣的研究不夠綜合全面，對于給水管道產(chǎn)生裂紋的原因研究不夠全面深入，并不能有效地解決現(xiàn)階段電站高壓主給水管彎頭出現(xiàn)裂紋的問題。因此，本文將全面的分析導(dǎo)致主給水管道彎頭產(chǎn)生裂紋的原因，具體如下：

1.1 高壓給水管道內(nèi)部的振動導(dǎo)致

現(xiàn)階段對于給水管道內(nèi)部振動所導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋的研究是最全面深入的。所謂的給水管道內(nèi)部振動就是指在管道內(nèi)部由于物質(zhì)運動產(chǎn)生的共振，是物質(zhì)運動所產(chǎn)生的振頻正好達到管道內(nèi)部的振頻所產(chǎn)生的一種物理現(xiàn)象。各個電站的高壓給水管道錯綜復(fù)雜，其頻率并非是固定的，而是根據(jù)管道受到的約束大小決定的。由于在設(shè)計管道時要考慮其熱脹冷縮的因素，往往都降低管道的約束，管道質(zhì)地大多較為輕質(zhì)，這就使得管道內(nèi)部的固有頻率比較低，從而更容易和內(nèi)部運動的物質(zhì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。此外，由于高壓給水管道受到水泵的壓力，自然不可避免機械振動的出現(xiàn)，這就使得機械振動產(chǎn)生的頻率，與彎頭區(qū)域的頻率產(chǎn)生共振和自身振動，從而導(dǎo)致高壓主管道內(nèi)部的彎頭區(qū)域產(chǎn)生裂紋。

1.2 高壓主給水管道承載過大

目前，根據(jù)分析已有研究的文獻，可知針對于給水管道內(nèi)部的彎頭來說，存在著三部分壓力區(qū)域，包括彎頭兩側(cè)，彎頭的內(nèi)部以及彎頭的外部層面三個受壓力區(qū)域。其中彎頭外部區(qū)域容易產(chǎn)生裂紋，追溯根本不僅因為彎頭外部的高壓，而且還因為彎頭兩側(cè)以及內(nèi)部壓力不斷增高，增大了外部區(qū)域的壓力，從而產(chǎn)生了外部裂紋。此外，部分電站由于實際需要，對著彎頭的制作質(zhì)量有著非常嚴(yán)格的要求，其內(nèi)部直徑比較大才利于精細(xì)制造，因此就造成了熱彎制作后容易偏向內(nèi)側(cè)，使得彎頭內(nèi)部的厚度高于外部，產(chǎn)生了一些凹陷，從而使得彎頭受壓不均衡而導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋[2]。

1.3 主給水管道彎頭容易受到熱漲影響

目前，對于我國電廠鍋爐管道的彎頭，大多采用熱彎的方式制作，導(dǎo)致彎頭處于一種極度拉伸的狀態(tài)。因此在實際使用時，由于管道內(nèi)部的熱脹作用，使得彎頭外部容易產(chǎn)生裂紋并且逐漸加大裂紋的范圍。

1.4 電站鍋爐的承壓部件過度疲勞損傷

世界上沒有不會疲憊的人，更不會有永動機，都需要一定的抗疲勞措施來保障其正常運行。在電站鍋爐中存在專門承受壓力的部件，但是長期抗壓也會產(chǎn)生疲勞損壞，歸根結(jié)底是因為高溫所導(dǎo)致的一種熱疲勞。承壓部件一般都有著抗高溫高壓的范圍和限度，一旦熱脹循環(huán)過多就會使部件失去作用而引起疲勞損傷，當(dāng)相應(yīng)的承壓部件出現(xiàn)損傷疲勞時就會導(dǎo)致高壓水管道外部產(chǎn)生裂紋。

2 減少主給水管道彎頭產(chǎn)生裂紋的措施

2.1 改善主給水管道彎頭制作的工藝和材料

針對部分電站彎頭存在缺陷而導(dǎo)致受壓不均衡問題的解決措施，首先嚴(yán)格把控彎頭的制作過程，保證彎頭的半徑以及厚度要求，以及彎頭的圓滑度。此外對于彎頭的制作要選擇硬度大，安全且效益明顯的材料，還應(yīng)注意保障該材料具有很高的抗高壓高溫的性能。

2.2 減少主給水管道的振動

首先要解決的就是針對管道內(nèi)物質(zhì)與管道產(chǎn)生共振引起的振動現(xiàn)象，在經(jīng)常且容易產(chǎn)生振動的彎頭加固支撐的架點，以及適當(dāng)?shù)靥嵘艿赖募s束，從而提高管道內(nèi)部的振動頻率，進而減少內(nèi)部物質(zhì)運動和管道產(chǎn)生共振現(xiàn)象。此外，在加固管道外部的架點時，需要建立相關(guān)的試驗?zāi)Ｐ秃统袎悍治瞿Ｐ?，即保障建立更為?zhǔn)確地增加管道頻率的支架，同時還可以增強管道外部的承壓能力。最后，在電站主給水管道的設(shè)置上，在保障工作正常進行的前提下多設(shè)置坡度，使得內(nèi)部物質(zhì)正常流動，避免造成物質(zhì)間的振動。

2.3 打磨彎頭裂紋

對于目前電站中存在裂紋的主給水管道，要采取打磨等方法地進行有效地處理，還需要借助相應(yīng)的聲波技術(shù)檢查，使得彎頭部分的承壓平衡，從而消除裂紋，保障電站鍋爐正常工作[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著我國火電事業(yè)不斷發(fā)展，將有效地針對其中水電管道出現(xiàn)裂紋的問題進行研究解決。通過本文的分析可知，引起高壓主水管道彎頭出現(xiàn)裂紋的有內(nèi)部因素和外部因素，外部因素是因為主給水管道振動，承壓部件損傷以及外部壓力過大等，內(nèi)部因素是因為彎頭的熱彎制作工藝以及彎頭的制造缺陷導(dǎo)致。因此，造成管道出現(xiàn)裂紋的原因有很多方面，在對主給水管道彎道產(chǎn)生裂紋進行分析以及解決時，應(yīng)綜合所有因素，以便針對性的去解決電站運行中管道出現(xiàn)裂紋的問題[4]。