某300MW機(jī)組高壓導(dǎo)汽管法蘭失效分析

張炳奇

(大唐東北電力試驗(yàn)研究院有限公司，長(zhǎng)春 130000）

引言

某廠300MW機(jī)組采用東方汽輪機(jī)有限公司NC300/246-16/7/0.35/537/537型，汽輪機(jī)采用亞臨界一次中間再熱、雙缸、雙排汽、單軸、沖動(dòng)、供熱凝汽式，高壓導(dǎo)汽管規(guī)格?273×40mm、材質(zhì)12Cr1MoVG，高壓導(dǎo)汽管法蘭螺栓規(guī)格M52×305mm、材質(zhì)20Cr1Mo1NbVTiB，螺母材質(zhì)25Cr2MoVA，法蘭密封墊片（齒形墊）規(guī)格267×190×5mm、材質(zhì)是0Cr18Ni10Ti。

在運(yùn)行過程中，巡檢人員發(fā)現(xiàn)高壓導(dǎo)汽管法蘭結(jié)合面附近保溫有液體滲出，打開附近保溫發(fā)現(xiàn)法蘭結(jié)合面處有蒸汽外泄，確定為高壓導(dǎo)汽管法蘭泄漏。截止本次泄漏，本機(jī)組累計(jì)運(yùn)行約8.2萬小時(shí)，法蘭螺栓累計(jì)運(yùn)行約4.5萬小時(shí)，法蘭密封墊片累計(jì)使用約4.5萬小時(shí)。

1 試驗(yàn)與分析

1.1 高壓導(dǎo)汽管法蘭檢查

停機(jī)后對(duì)泄漏高壓導(dǎo)汽管法蘭結(jié)合面進(jìn)行宏觀檢查，結(jié)合面平整、無劃痕、雜質(zhì)或裂紋等缺陷；對(duì)法蘭及法蘭與管道連接焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)裂紋等超標(biāo)缺陷。

1.2 法蘭緊固件檢查

法蘭螺栓拆卸過程中，未見螺栓斷裂和螺母脫扣現(xiàn)象。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，螺栓呈亮灰色、具有高溫蒸汽氧化形貌，如下圖所示。對(duì)法蘭螺栓進(jìn)行無損檢測(cè)檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)裂紋等超標(biāo)缺陷。

圖1 高壓導(dǎo)汽管法蘭螺栓

對(duì)法蘭螺栓及螺母進(jìn)行材質(zhì)分析，合金成分均符合《火力發(fā)電廠高溫緊固件技術(shù)導(dǎo)則》(DL/T 439-2018)中規(guī)定20Cr1Mo1VNbTiB材質(zhì)螺栓和25Cr2MoV材質(zhì)螺母的成分要求。對(duì)螺栓進(jìn)行硬度檢測(cè)，如表1所示，均符合《火力發(fā)電廠高溫緊固件技術(shù)導(dǎo)則》(DL/T 439-2018)中螺栓的硬度要求：20Cr1Mo1VNbTiB材質(zhì)螺栓硬度范圍為255～302HB。

表1 高壓導(dǎo)汽管法蘭螺栓硬度平均值（單位:HBHLD）

對(duì)螺栓進(jìn)行微觀組織分析，均為回火索氏體組織，金相組織和晶粒度均符合《火力發(fā)電廠高溫緊固件技術(shù)導(dǎo)則》(DL/T 439-2018)中“組織不應(yīng)存在套晶結(jié)構(gòu)，非套晶結(jié)構(gòu)應(yīng)為5級(jí)”規(guī)定要求。法蘭螺栓微觀組織形貌如圖2所示。

圖2 法蘭螺栓微觀組織

1.3 法蘭密封墊片檢查

對(duì)法蘭密封墊片進(jìn)行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)法蘭密封墊片呈灰色、表現(xiàn)為高溫蒸汽氧化形貌，如圖2所示。密封墊片外觀無汽體沖蝕痕跡。法蘭密封墊片材質(zhì)為0Cr18Ni10Ti，符合設(shè)計(jì)要求。

圖3 高壓導(dǎo)汽管法蘭墊片宏觀形貌

對(duì)法蘭密封墊片厚度進(jìn)行測(cè)量，不同位置厚度如下圖所示，平均厚度小于4mm，密封墊片設(shè)計(jì)厚度為5mm。

圖4 密封墊片厚度測(cè)量

對(duì)法蘭密封墊片進(jìn)行體式顯微鏡觀察，齒形墊齒距平均2.541mm、齒頂平均寬度0.7mm、齒高平均0.5mm、齒間角平均110°，《管路法蘭用金屬齒形墊片》（JB/T 88-2014 ）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定齒形墊齒距2mm、齒頂寬度0.3mm，齒高0.85mm、齒間角90°，均不符合要求。

2 試驗(yàn)分析

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)分析可知：

（1）泄漏高壓導(dǎo)汽管法蘭結(jié)合面光滑、無劃痕、無雜志或裂紋等缺陷，無損檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)法蘭存在裂紋等超標(biāo)缺陷，法蘭結(jié)合面平行，排除因法蘭問題造成法蘭結(jié)合面泄漏[1]。

（2）泄漏高壓導(dǎo)汽管法蘭螺栓未發(fā)生斷裂和螺母脫扣現(xiàn)象，無損檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)裂紋等超標(biāo)缺陷，化學(xué)成分分析、力學(xué)性能檢驗(yàn)和微觀組織觀察均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，排除法蘭螺栓問題造成法蘭結(jié)合面泄漏[2]。

（3）泄漏高壓導(dǎo)汽管法蘭密封墊片材質(zhì)和選型均符合設(shè)計(jì)要求，排除墊片選型錯(cuò)誤或材質(zhì)問題造成法蘭結(jié)合面泄漏[3]。

（4）泄漏高壓導(dǎo)汽管法蘭密封墊片厚度小于4mm，初始設(shè)計(jì)厚度為5.0mm，高溫高壓下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行蠕變減少約1mm，齒距、齒頂寬度、齒高和齒間角均蠕變變形，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，造成法蘭結(jié)合面泄露。

3 結(jié)論

本機(jī)組高壓導(dǎo)汽管法蘭結(jié)合面泄漏的主要原因是法蘭密封墊片在高溫和一定緊固力下發(fā)生蠕變減薄，當(dāng)變薄到一定程度，無法滿足密封作用，蒸汽由結(jié)合面處外泄，從而高壓導(dǎo)汽法蘭發(fā)生泄漏[4]。