某电厂再热管道的热疲劳原因分析

　　1　再热管道开裂情况

　　河南省某电厂2×125 MW机组SG-420/13.7-M418A型锅炉,再热热段出口蒸汽压力为2.44 MPa,温度为540℃。2号机组于1999年5月投入运行,截止2003年12月26日,累计运行37 337 h,起停62次。2003年12月19日, 2号机组再热热段乙侧(汽轮机侧9 m平台垂直管段)再热蒸汽取样管管座正下方开裂漏气。经现场检查,发现外壁有2条横向裂纹,分别位于取样管座正下方40 mm和120 mm处,裂纹长度分别为57 mm、53 mm,裂纹呈直线、缝隙状。该机组再热热段材质为10CrMo910,规格为d406 mm×14mm。2003年12月26日,对开裂的管子进行更换,更换长度为650 mm(从再热蒸汽取样管上方150 mm至再热蒸汽取样管下方500 mm)。

　　将开裂的管子剖开检查,发现管子内壁存在4条肉眼清晰可见的裂纹,其中取样管管孔处有2条放状的裂纹,长度分别为18 mm和25 mm,另外2条贯穿管壁的裂纹长度分别为67 mm和60 mm。用磨光机对内壁管孔下方470 mm(长)×200 mm(宽)范围进行了打磨,打磨后通过着色探伤发现在管子内壁取样管管孔下方320 mm(长)×100 mm(宽)范围内存在大量的网状裂纹。由于1号、2号机组甲、乙侧再热热段取样管的安装位置和布局相同,为了避免再热热段管道再次出现类似事故,对管子开裂原因进行了分析。

　　2　裂纹的宏观形貌及特征

　　图1为再热热段乙侧管道外部裂纹形貌,图2为

　　再热热段乙侧管道内部裂纹形貌,由图1、图2可以发

　　现开裂具有以下特征:

　　(1)裂纹的方向均与管子轴向垂直,为横向裂纹;

　　(2)裂纹均集中在取样管管孔下方320 mm(长)×100 mm(宽)范围内,不仅有2条贯穿管壁的裂纹和2

　　条未贯穿管壁的裂纹,而且还有大量的网状裂纹,这些裂纹呈龟裂状;

　　(3)2条贯穿管壁的裂纹,在内壁的裂纹长度明显要大于在外壁的裂纹长度;

　　(4)内壁的网状裂纹与开裂的裂纹距离越远,其裂纹越深越密。

　　从上述特征可知,裂纹首先产生于管子内壁,且裂纹源不固定。

　　3　开裂原因分析

　　裂纹的形貌显示为明显的热疲劳裂纹特征,此种疲劳主要因交变的热应力所致。再热热段乙侧管道蒸汽流向和取样管的位置如图3所示。

　　在停机过程中,取样管的一道阀应该关闭(但现场一道阀常开,一直没有关闭),再热热段管道内仍有高温蒸汽通过,蒸汽取样管此时已停用。蒸汽取样管距汽水化验室的距离较远(大约有80 m左右),并且取样管外只缠着石棉绳,没有严格保温,与外界环境温差大,这样两者之间就形成强烈的热交换,使取样管内距再热热段管道较远的蒸汽冷凝,且距离再热热段管道越远,蒸汽冷凝越快。当冷凝水量达到一定量时,就会顺着取样管回流到再热热段管道内壁上,而此时再热热段管道内壁温度较高,于是在取样管口再热管道的内壁就会产生较高的热应力。由于机组的起、停而产生循环热应力,导致管道热疲劳损伤。另外,在机组起动升温过程中,取样管中的冷凝水会汽化,导致取样管温度低于再热管道,此种温差又会产生热应力,这种现象直到取样管内的蒸汽温度达到某一数值时才停止。该机组起停62次,每次机组的起停,上述现象就重复出现一次,这样再热管道在一次次的加热、冷却的反复循环作用下,由于交变的热应力,而引起了疲劳破坏,最后导致开裂泄漏。