淺析電站鍋爐的主蒸汽管閥門開裂案例

鄭國潤

摘要：電站鍋爐主蒸汽管與高溫過熱器集箱連接的閥門處由于管道的結(jié)構(gòu)原因引起大量的龜裂狀裂紋，造成閥門處的穿透泄漏，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行。本文重點(diǎn)分析了造成腐蝕性熱疲勞裂紋的原因和防范措施。

關(guān)鍵詞：主蒸汽管道? 腐蝕性熱疲勞裂紋? 冷凝水

一、鍋爐的安全隱患情況

某公司一臺型號為WGC65-3.82/16的電站鍋爐于1992年01月制造，1992年12月投入使用，額定蒸發(fā)量為65t/h，額定出口蒸汽壓力為3.82MPa，額定溫度為450℃，燃料為蔗渣;在內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)該鍋爐存在以下安全隱患：

1、高溫過熱器進(jìn)口集箱的集箱底部和管口區(qū)都存在放射性的裂紋;

2、高溫過熱器出口集箱的集箱底部和管口區(qū)存在放射性的裂紋（如圖1所示）;

3、主蒸汽閥門底部存在放射性的裂紋（如圖2所示）;

4、與主蒸汽閥門連接的主蒸汽管道處法蘭存在放射性的裂紋（如圖3所示）;

二、問題原因及風(fēng)險(xiǎn)分析

（一）問題原因

1、集箱本體金屬經(jīng)理化檢驗(yàn)，顯微組織正常，非金屬夾雜物也符合要求，集箱的材質(zhì)沒有問題，法蘭的材質(zhì)也符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求;解剖主蒸汽閥門與過熱器集箱和主蒸汽管道處的裂紋，經(jīng)酸洗觀察內(nèi)表面明顯可見裂縫呈放射狀擴(kuò)展，連接閥門的兩端的法蘭處金屬表面呈龜裂形狀。

2、對該鍋爐的高溫過熱器出口集箱的裂紋處的筒體進(jìn)行了金相分析發(fā)現(xiàn)，該筒體的材質(zhì)正常，顯微鏡觀察基體組織正常，鐵素體+珠光體、晶粒度清晰，裂縫周圍金相組織未明顯變化，裂縫平直無分叉，從內(nèi)向外星穿晶分布，裂縫寬粗，末端圓鈍，該集箱裂紋大量集中在過熱器出口集箱末端，即集箱與閥門的連接處，金相圖可以看出材質(zhì)并沒有發(fā)現(xiàn)球化的現(xiàn)象，該處的裂紋為沿晶裂紋;

3、裂縫區(qū)域共同特點(diǎn)：

（1）裂縫區(qū)均位于緊靠過熱器出口管口端;

（2）五處裂紋均發(fā)生在集箱或者法蘭和閥門的底部內(nèi)表面區(qū)域;

（3）裂紋均起源于應(yīng)力集中及凹陷處。

4、主蒸汽管的走向如下圖：

如圖所示，主蒸汽管道在彎頭的地方存在明顯的坡度約30°，彎頭地方比閥門地方高出一定的坡度是造成產(chǎn)生缺陷的主要原因。

集箱與法蘭產(chǎn)生腐蝕性熱疲勞裂紋的主要原因是主蒸汽管在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的冷凝水回流到閥門處，閥門的內(nèi)表面下部間斷積存大量的蒸汽冷凝水，尤其在鍋爐頻繁啟動(dòng)，停機(jī)的條件下，周期變化的熱應(yīng)力使集箱與閥門連接處容易產(chǎn)生熱腐蝕疲勞裂紋;在交變壓力和裂紋尖端的陽極溶解過程共同作用下使裂紋粗大，末端圓鈍，并不斷擴(kuò)展。在鍋爐停運(yùn)期間，此部位金屬也處于潮濕介質(zhì)浸蝕條件下，凹陷處及裂紋末端介質(zhì)容易濃縮，特別在堿性介質(zhì)的作用下也對金屬起一定腐蝕作用。

熱疲勞使氧化膜不斷破壞，同時(shí)此處介質(zhì)積存，濃縮，疲勞和腐蝕共同作用，使集箱末端和法蘭，閥門連接處出現(xiàn)大量的龜裂狀裂紋的形成。

（二）風(fēng)險(xiǎn)分析

集箱和閥門的裂紋，最終會(huì)導(dǎo)致鍋爐蒸汽泄漏，集箱或者閥門的爆炸等嚴(yán)重事故，危害周圍人員生命安全。

三、防范措施

該鍋爐過熱器進(jìn)出口集箱未端產(chǎn)生的裂紋、閥門處產(chǎn)生的裂紋，都屬于腐蝕性熱疲勞裂紋，建議對鍋爐主蒸汽管道坡度進(jìn)行調(diào)整，使管道的坡度符合管道設(shè)計(jì)的要求，讓閥門處不存在冷凝水的積存。

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