主蒸汽管道裂纹原因分析及预防措施

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1、第30~／2010年第1期湖南电力安全与综合主蒸汽管道裂纹原因分析及预防措施黄桥生，万克洋，胡彬(1．湖南省湘电试验研究院有限公司，湖南长沙410007；2．湖南省电力公司试验研究院，湖南长沙410007)摘要：结合火电厂主蒸汽管道焊接接头出现裂纹的2个实例，采用金相、元素分析、碳化物分析等方法，分析裂纹产生原因，提出防止此类焊缝产生裂纹的措施，供在役主蒸汽管道焊口的安全监督参考。关键词：裂纹；焊缝；主蒸汽管道；原因分析；防治措施中图分类号：TM621：TG44l文献标识码：B文章编号：1008-0198(2010)01-

2、0033-04主蒸汽管道作为火力发电机组的重要部件，其安全可靠性是发电厂金属技术监督工作中最为关注的重点问题。近年来，一些运行时间较长的火电厂主蒸汽管道多次发现裂纹，直接危及电厂运行安全。文中结合2起主蒸汽管道焊接接头裂纹实例，采用金相、化学元素分析、碳化物分析等试验方法，综合分析了裂纹产生的原因，并提出了相应的预防裂纹产生的措施。1蒸汽管道焊缝结构及常见缺陷1．1运行工况图1主蒸汽管道焊接坡口形式从1970年起，我国高参数火电机组主蒸汽管大量采用德国生产的lOCrMo910钢管。其中用于作用产生近缝区冷裂纹；b．收弧不当

3、形成弧坑时，50MW和100MW的“薄壁”lOCrMo910主蒸汽弧坑处的杂质较多且熔点较低，冷却速度较快产生管，运行1O万h左右就进行更换。部分电厂采取弧坑裂纹；e．高温下运行时，热影响区的粗晶区适度降温运行后，目前累计运行时间最长已超过可能产生再热裂纹；d．焊接接头中的杂质在奥氏20万h，管道进入老龄化状态。国内125MW机组体晶界偏析，引起晶界脆化产生回火脆性；e．其主蒸汽管(蒸汽参数540℃，13．7MPa)数量较他缺陷。多，也采用10CrMo910钢管，且至今发现的问题很多⋯。2主蒸汽管道裂纹实例11．2焊缝结构

4、2．1概况主蒸汽管道焊接坡口形式如图1所示，现场焊某电厂2号炉系哈尔滨锅炉厂生产，锅炉型号接采用手工钨极氩弧焊打底、电弧焊填层盖面方为HG670／140一WMIO，于1989年11月投人运行，法。累计运行110216h，其过热器出口压力1．3常见缺陷13．72MPa，温度为54OcI=，主蒸汽管道材质为主蒸汽管道常见缺陷有：a．预热温度、层间lOCrMo910，规格为(I)377mm×45mm。2007年5温度控制不均匀，较大的应力和氢的扩散聚集共同月19日，该炉大修磁粉检查主蒸汽管道上排空气收稿日期：2009-09-29

5、·33·安全与综合湖南电力第30；~／2010年第1期管接管座角焊缝，发现炉顶右数第1个对空排汽门2．5碳化物相分析管座角焊缝裂纹，见图2。表2列出了碳化物相结构测定结果。碳化物相中，Cr元素含量为24％，Mo元素的含量为66．1％，且碳化物中已出现了20．58％的稳定相M6C和33．12％的次稳定相M23C6。表2碳化物相结构分析结果表％碳化物类型M6CM23C6M7C3M2CM3CVC图2某电厂主蒸汽管道角焊缝裂纹位置含量2O．5833．12l2．8811．47l2．108．302．2宏观检查2．6试验结果分析现场检查

6、发现，焊缝裂纹长半圈，最深处约试验表明，该管材质存在一定程度上的轻度球10mm，裂纹边缘粗钝，沿角焊缝周向开裂，裂纹化，但贝氏体形貌尚存；碳化物相中Mo元素已超周围有大量的腐蚀坑并伴随有腐蚀产物。对空排气标，并出现了稳定相MC和次稳定相M幻C，表明管管系较长，且没有吊架，也未加保温，裂纹位置材料组织已经产生了较明显的老化迹象。但是其化见图3。学成分正常。2．7裂纹原因(1)金属部件长时间在高温下运行，出现老化的现象，使材料抗疲劳能力下降，从而易于产生疲劳裂纹。(2)主蒸汽管道上排空气管管系较长，且没有固定吊架，运行过程中易

7、产生振动，振动传递到根部，产生附加交变应力。(3)管座角焊缝应力集中及较大焊接残余应力加速了疲劳裂纹的产生。3主蒸汽管道裂纹实例2图3某主蒸汽管道裂纹位置示意图3．1概况2．3金相组织检验某电厂2号炉系英国BABCOCK公司制造，锅在主排气管附近蒸汽管道上做金相覆膜试验，炉型式为亚临界参数一次中间在热自然循环单汽包其金相组织为铁索体+贝氏体+碳化物粒子。部分固态排渣煤粉炉，于1991年12月投人运行，累计区域贝氏体有分散现象，贝氏体形貌尚存，晶界有运行1O万h，其过热器出口压力17．5MPa，温度为少量碳化物，珠光体轻度球

8、化。543℃，主蒸汽管道材质为ASTMSA335—872一2．4化学成分分析P22，规格为O421．2mm×68rllin。2009年6月25主蒸汽管道的化学成分结果见表I，其化学成日，该炉大修超声波检查A侧主蒸汽管道电动门分符合ASTMSA335《高温用无缝铁素体合金钢进口焊缝有2处超标缺陷，最大现行