李勇

摘??要：通過(guò)分析蒸汽管道溫度套管開(kāi)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(hào)：TG441.7?????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.151

1??事件詳情

在2011-07-29T18：00的運(yùn)行巡檢中發(fā)現(xiàn)，#3機(jī)汽機(jī)房0?m主蒸汽管道保溫層部?jī)?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(jī)處理。#3機(jī)組在2007-03-19投運(yùn)，2011-08-03因主蒸汽母管溫度套管焊口開(kāi)裂被迫停運(yùn)，累計(jì)運(yùn)行約?33?545.27?h。

2??原因分析

2.1??結(jié)構(gòu)因素

因溫度測(cè)點(diǎn)套管為錐體，主汽管開(kāi)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(shí)焊條難以擺動(dòng)，極易產(chǎn)生焊層未融合或坡口黏合，進(jìn)而在振動(dòng)應(yīng)力的作用下導(dǎo)致缺陷開(kāi)裂。

因溫度測(cè)點(diǎn)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(qiáng)度的主要原因，裂紋會(huì)在機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行的過(guò)程中擴(kuò)展，進(jìn)而導(dǎo)致焊縫開(kāi)裂。

2.2??焊接應(yīng)力作用

套管座焊縫形成后，構(gòu)成一個(gè)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(shí)更大。切向應(yīng)力σq會(huì)在焊縫附近時(shí)達(dá)到最大，即拉應(yīng)力，并會(huì)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(huì)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(yán)重的。在出現(xiàn)裂紋的接管座中，溫度測(cè)點(diǎn)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(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致套管產(chǎn)生一定的振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)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(kāi)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(jìn)行焊后熱處理。廠家實(shí)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(yùn)行時(shí)，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(guò)大，導(dǎo)致熱變形不一致，進(jìn)而在焊縫界面處產(chǎn)生了較大的熱應(yīng)力，且無(wú)法采用焊后熱處理的方法消除。更嚴(yán)重的是，在運(yùn)行過(guò)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(kuò)展，這是引起開(kāi)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(shí)，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(huì)在非奧氏體鋼熔合線附近形成較寬的脆化過(guò)渡層，這大大降低了接頭的抗裂性能。同時(shí)，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(huì)降低沖擊韌性。

2.6??#3機(jī)組工況變化的影響

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

2011-07-27T16：47，NCS畫(huà)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(shí)，只有5303線保持運(yùn)行，但嚴(yán)重過(guò)載，調(diào)度令立即切除#3機(jī)組AGC，快速降低負(fù)荷。2011-07-27T16：52，調(diào)度令拍停#3機(jī)組;復(fù)令后，2011-07-27T16：53拍停#3機(jī)組;2011-07-27T22：25，#3機(jī)組再次并網(wǎng)，并網(wǎng)前汽機(jī)打閘一次。

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

2.7??檢測(cè)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(cè)困難。理論上，超聲波可探測(cè)內(nèi)部融合線缺陷，磁粉可探測(cè)近表面和表面開(kāi)口缺陷，滲透可探測(cè)表面開(kāi)口缺陷，但在實(shí)際中，上述方法都只能有效檢測(cè)表面開(kāi)口缺陷，內(nèi)部缺陷探測(cè)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(guò)加強(qiáng)檢測(cè)或更換設(shè)備緩解此問(wèn)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(jī)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(yán)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(kuò)大至45°。②訂做專用關(guān)卡并擇機(jī)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(jī)組的停機(jī)檢修時(shí)間，檢查、評(píng)估汽水管路上的溫度套管，尤其是#1、#2機(jī)組汽水管路上的溫度套管運(yùn)行已超過(guò)1.0×105?h，應(yīng)研究是否全部更換。④在正常運(yùn)行和啟停機(jī)期間，應(yīng)避免主汽溫度大幅波動(dòng)，溫度變化應(yīng)控制在規(guī)程允許的范圍之內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊富.新型耐熱鋼焊接[M].北京：中國(guó)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