#5机主蒸汽管道管孔内壁裂纹产生的原因分析与思考

1、中国大唐集团公司 1 科技论文申报表 申报单位名称 中国大唐集团公司户县热电厂 完成时间 上级单位名称 中国大唐集团公司陕西分公司 2005年12月 科技论文标题 5机主蒸汽管道管孔内壁裂纹产生的原因分析与思考 论文作者 姓名 单位 职务 职称 联系电话 余胜军 户县热电厂 金属试验员 工程师 4347239 王广社 户县热电厂 加热面技术员 助理工程师 4347391 论文摘要 对5机主汽管道管孔内璧裂纹从以下五个方面进行了原因分析 1、 长周期运行主蒸汽管道易产生裂纹的微观原因。 2、 主蒸汽管内壁管孔内璧裂纹一般都是从倒角处开始然后向外扩展。 3、 我厂作为一个调峰电厂机组起停频繁管孔积

2、水及交变应力对管孔的影响。 4、 在焊接及热处理时可能产生裂纹的因素。 5、 管道由于各种原因产生震动与产生裂纹的关系。 同时对技术监督措施及检修工艺提出了五点建议 1、 金属监督应该吸取经验教训加强对主蒸汽管道管孔内壁进行超声波检验。 2、 机组停运时对于主蒸汽管道可能有积水的部位应该充分疏水。 3、 管孔加工时工艺的改进。 4、 强化震动部位的监督及支吊架的调整。 5、 对焊前预热工艺提出了建议。 本次我厂发现的主汽管道管孔的缺陷和处理方法推广简单易行只要强化检修工艺和综合监督检验方法就可以避免类似问题的发生。 分子公司审查意见 备注科技论文附在本表格后面。 中国大唐集团公司 2 5机主蒸

3、汽管道管孔内壁裂纹产生的原因分析与思考 摘 要 对5机主汽管道管孔内璧裂纹从以下五个方面进行了原因分析1、长周期运行主蒸汽管道易产生裂纹的微观原因。2、主蒸汽管内壁管孔内璧裂纹一般都是从倒角处开始然后向外扩展。3、我厂作为一个调峰电厂机组起停频繁管孔积水及交变应力对管孔的影响。4、在焊接及热处理时可能产生裂纹的因素。5、管道由于各种原因产生震动与产生裂纹的关系。同时对技术监督措施及检修工艺提出了五点建议1、金属监督应该吸取经验教训加强对主蒸汽管道管孔内壁进行超声波检验。2、机组停运时对于主蒸汽管道可能有积水的部位应该充分疏水。3、管孔加工时工艺的改进。4、强化震动部位的监督及支吊架的调整。5、

4、对焊前预热工艺提出了建议。本次我厂发现的主汽管道管孔的缺陷和处理方法推广简单易行只要强化检修工艺和综合监督检验方法就可以避免类似问题的发生。 关键词 主蒸汽管道 管孔内壁 裂纹 倒角 引言 户县热电厂6炉5机系原东德制造的单元制机组1958年12月制造1970年8月安装投产汽轮机为纯凝汽式型号为k-116/50/20型额定出力50mw主汽门前额定压力8.72mpa最高11.27 mpa额定温度535。汽机主汽管和相应导汽管材质为10crmo910规格分别为32532、25528。5机6炉主蒸汽管道及部分接管座系统图如下图1所示 中国大唐集团公司 3 6炉电动主闸门虑网虑网自动主汽门自动主汽门图

5、例主蒸汽抽汽疏水排汽 2000年12月20日因国家产业调整6炉5机机组在正常运行条件下被迫关停从开机到关停实际运行194816小时一共起停约290次进行了13次大修。2003年7月6炉5机根据有关精神康复启动运行前由西安热工研究院组织有关专家对机组进行了全面的安全评估。在2003年10月投运年中修由西北电研院对主汽系统及锅炉进行检验。 一、5机2005年以前主汽管道系统主要检验发现的缺陷汇总表 部件名称 材料 检查时间 宏观状况 几何尺寸 焊缝状况 金相组织及硬度 32535 主蒸汽管道 10crmo910 1982.11 壁厚3136mm 1976.11换主汽门 测15处金相点pf沿晶界分布

6、晶界、晶内有k 1985.09 弯管检查未见异常 最大蠕变应变0.31 5、11焊缝ut抽查合格 中国大唐集团公司 4 部件名称 材料 检查时间 宏观状况 几何尺寸 焊缝状况 金相组织及硬度 1988.05 1989.03机炉主汽管支吊架从新调整 最大蠕变应变0.25 1991.05 机、炉主汽管支吊架改进调整 最大蠕变应变0.38弯头圆度最大2.42 1994.08 宏观抽查1、2弯头2弯头发现3处小裂纹深度约0.5mm 最小壁厚29.3mm弯头圆度最大1.87 硬度hb130124 1997.08 热工研究院 3弯头背弧发现发现长约420mm的轴向表面裂纹打磨消除。1、2弯头渗透检验未发现

7、。 最大蠕变应变0.54弯头最小壁厚29.1mm直管段最小壁厚32.4mm 从主汽门至24mm平台5道焊缝经ut未发现可记录缺陷 直管段损伤cd级2弯头损伤ab级母材硬度119hb 2003.08 机侧主汽管支吊架系统管系应力水平正常 主汽管变径三通1焊缝缺陷ah20mm164db点状。 主汽管金相组织珠光体球化水平最高机侧43级。 2004.09 与5机主汽管相连的小管壁厚测量、及接管座着色抽查5个合格。 25528 导汽管 10crmo910 1988.05 弯管检查未见异常 弯头圆度最大4.19 检查4道导汽管焊缝 1991.05 宏观检查14个弯头未见异常 弯头圆度最大4.08 金相检

8、查14个弯头未见异常 1997.08 热工研究院 弯头最小壁厚9.0mm直管段最小壁厚9.5mm 甲、乙侧共14个弯头背弧经ut检查未发现可记录缺陷 抽查2个弯头金相损伤b级硬度hb123、hb124 2003.08 机侧导汽管支吊架系统管系应力水平正常 弯头壁厚23.225.7mm. 弯头圆度最大4.0 对导汽管道弯头硬度120140hb3弯的b处进行了金相检验组织为fp p球化43级。 中国大唐集团公司 5 部件名称 材料 检查时间 宏观状况 几何尺寸 焊缝状况 金相组织及硬度 2004.09 与5机导汽管相连的小管壁厚测量、及接管座着色抽查5个合格。 以上表格资料是5汽轮机主蒸汽管道检验

9、主要缺陷的汇总和简要说明。从以上的资料我们可以看出我们对5汽轮机组的主蒸汽管道进行了金相、蠕变、不圆度、硬度、壁厚测量着色探伤以及对主蒸汽管道焊缝的超声波探伤根据大唐集团公司安评整改的要求还对与主汽管、导汽管相连的疏水管等小管接管座做着色检验、并对小管进行了壁厚测量等。通过以上的检验方法发现并及时解决了所发现的缺陷 2005年8月发现在主蒸汽管道系统管孔内璧存在严重的裂纹给安全生产埋下了隐患这就说明检修及检验人员在工作中还有不够扎实的地方检验方法和检验部位还需要进一步完善和补充检修工艺还需要进一步完善。 二、本次检查主蒸汽管道管孔内壁发现的裂纹情况说明 2005年8月24日检查发现主蒸汽管道南

10、侧滤网疏水管座漏汽拆开保温检查后发现76的管座与母管连接的焊口正北侧裂长约60mm检修人员割掉漏汽点的疏水管接管座准备更换管座时发现母管内孔裂纹教多裂纹开口约1.5mm根据发现的问题厂领导决定对5机机侧主蒸汽管道如上图1图虚线框内扩大检查对5机主蒸汽管座割掉10处发现7处主蒸汽管道管孔都有裂纹。所发现的实际裂纹的分布情况示意图如下图2 中国大唐集团公司 6 轴封供汽管抽气器供汽管压力表管温度计插管防腐管压力表管76管座母材有裂纹先发现76管座母材有裂纹68网状裂纹焊缝已更换未发现北侧三通上焊缝有裂纹电动主闸门2842254568网状裂纹旁路甲门旁路乙门正西正南正东正北裂纹裂纹裂纹北侧滤网三通上

11、焊缝有裂纹大三通有裂纹5道未检查有裂纹1道 主蒸汽的流向 1轴封供汽管管孔有裂纹5道母管先用磁力钻打孔至45mm时发现仍有裂纹用内磨打磨至53mm时裂纹消除。 2压力表管甲、乙管孔各有裂纹1道母管先用磁力钻打孔至20mm裂纹消除。 3防腐管管座前压力表管管孔有裂纹3道母管先用磁力钻打孔至25mm裂纹消除。 4 南侧滤网下疏水管管孔6mm8mm区域网状裂纹管座为带丝扣的管座经打磨后发现裂纹长约145mm。 5南侧滤网后76管孔有6道裂纹管道外壁裂纹长15mm管道内壁裂纹最长25mm 6北侧滤网后76管孔有6道裂纹管道外壁裂纹长10mm管道内壁裂纹最长20mm 7北侧滤网三通上焊缝有9道纵向裂纹最

12、长裂纹约30mm最深裂纹深约25mm且已裂通焊缝。 三、主蒸汽管道管孔内壁产生裂纹的原因分析 1、长周期运行主蒸汽管道易产生裂纹的微观原因由于主蒸汽管道长期在高温高压下运行随着时间的推移材料内部珠光体中的碳化物会发生球化碳化物在晶界内成颗粒状中国大唐集团公司 7 分布并在晶界成链状 。在珠光体中碳化物球化的同时还伴随着固溶体中合金元素的贫化碳化物类型的改变等微观组织的变化。这种微观组织结构的变化必然导致钢的屈服强度、冲击韧性和持久强度的下降蠕变速度的加快最终引起主蒸汽管道的失效。特别是主蒸汽管道上的焊缝、弯头外弧面及中性面等薄弱部位由于变形的不协调与应力状态的复杂性而产生晶界裂纹最终发展成为宏

13、观裂纹。 2、观察以下的1张主蒸汽管孔裂纹的现场照片可以发现所产生裂纹都是从主蒸汽管内壁管孔倒角处开始然后向外扩展。 从外部看 3、我厂作为一个调峰电厂机组起停频繁停机期间主蒸汽管道某些疏水管和旁通管有积水未曾放干 本次检修时发现主蒸汽管电动主闸门前至点火管路及锅炉主蒸汽管道内部全部有积水且积水占到管道内部的一半首先表现的是积水在管道内部自然蒸发对疏水管孔部分进行腐蚀其次管孔经常受到冷水和热水的交替作用从力学的角度分析即管孔受到交变应力的作用此外由于检修技术的原因我厂以前的主蒸汽管管孔内壁处都未倒圆角造成应力集中以上几点很容易在接管孔处产生疲劳裂纹。 68网状裂纹45254228 图3注a为垂

14、直于管子轴向 图4疏水管孔裂纹示意图 的裂纹b为平行于管子轴 向的裂纹c为45度斜向裂纹。 中国大唐集团公司 8 4、在焊接及热处理时可能产生裂纹的因素焊结前、后热处理温度达不到规定要求焊接时引弧处造成的一些烧伤疤正好处于主蒸汽管开孔口内壁尖角过渡线上这样特别容易产生小裂纹成为裂纹的策源地。焊接中弧坑未及时填满、焊条药皮渣未清理干净、焊缝中存在夹渣等加之机组长期运行频繁启停在附加应力的作用下使得微裂纹扩展。 5、启停机、炉及机炉运行中与主汽相连的小管道管系受力十分复杂很难做到每一根管道的受力都刚好处于平衡位置这样就会使得某些管道由于各种原因产生震动由于管道的震动使得在接管座的角焊缝周围产生裂纹

15、的应力比不震动的管道大的很多裂纹容易在震动中产生当震动剧烈时裂纹产生的几率与速度大大增加。 四、技术监督措施及检修工艺的建议 1、金属监督应吸取经验教训如果5机本次发现的裂纹能及早在以前的大修检验中被发现就不会造成这么大的经济损失。在以后的机炉大修、主蒸汽管道普查中在进行传统项目检验的同时也应该把与高温高压蒸汽相连的压力表管、疏水管附近、喷水减温器下部、较长的死管及不经常使用的联络管、与大管道相连的接管座焊缝及其周围进行重点检查尤其应该加强对主蒸汽管道管孔内壁进行超声波检验对于与主蒸汽管道相连的联络管、防腐管等小管在运行时间大于10万小时的全部更换如果条件不允许根据实际情况有选择的对重点部位的

16、管孔进行超生波检验及金相检验必要时割掉小接管座对主蒸汽管孔内壁全面检查如下图所示 对小管做壁厚测量角焊缝做渗透着色检验在角焊缝周围对大管做超声、金相、壁厚检验 2、组停运时对于主蒸汽管道可能有积水或者凝结水的部位应该充分疏水及时将积水排掉检修人员发现阀门不严时应该及时对阀门进行研磨或更换保证阀门严密不漏机组长时间停用期间应隔离系统并进行保护处理。 3、以后在对主蒸汽管道等高温高压厚壁管在进行小管孔加工时应从主蒸汽管内壁管中国大唐集团公司 9 孔倒角处开始然后向外扩展并进行倒角或处理成圆弧型进行过度。打孔时应在镗床上用刀镗成圆弧型进行过度如果在现场应用手摇车床进行处理。本次检修我们对大于20mm

17、以上的孔进行了到角但对于小于10mm的孔由于管壁较厚加上技术原因无法进行倒角。 4、机炉运行人员应建立机组在启停及运行期间主蒸汽管道及与之相连的压力表管、疏水管附近、喷水减温器下部、较长的死管及不经常使用的联络管产生剧烈震动的管道位置在运行中长期微震的管道或者表计管道。使用专用记录本进行记录并及时采取措施或者联系检修人员消除震动以便在机炉大修或者条件允许时金属监督对所记录的部位进行重点监督检查。对机组支吊架进行定期检查对运行达10万小时的主蒸汽管道、再热蒸汽管道的支吊架要进行全面检查和调整必要时应进行应力核算。 5、本次焊前预热时由于没有专用铝带加热在工作时采用火焊加热法这样加热不均匀且焊接过程中停止加热造成焊件温度不均匀焊接部位温度较高未焊接部位温度较低焊前热处理工艺不合格。建议应用专用铝带使管道焊缝两侧各150mm的范围均匀加热购买专用铝带。然后在焊接时两人对称进行焊接采用十字焊接方法。 六、总结 本次5机主汽管道发现的裂纹是机组在长周期运行中各种因素综和在一起产生结果对于其它机组的主蒸汽管道是否也存在同样的问题需要认真思考并加强监督检验完善监督检验内容和部位加强各种检验方法的综合使用。检修人员应该在检修工艺上进一步完善在主蒸汽管道管孔内壁进行倒角或处理成圆弧型进行过度消除可能产生应力不均的因素发现阀门不严时应及时对阀门进行研磨或更换