大容量机组厚壁管裂纹分析研究

电力系统 · 发表于 2012-2-3 19:41:17

大容量机组厚壁管裂纹分析研究
赵永宁
山东电力研究院，山东济南，250002；
摘要：本文对超超临界、亚临界大容量机组的厚壁管出现的裂纹开裂，进行了详细的现场分析和全面试验研究，以为厚壁管的安全运行提供科学的监督。
关键词：厚壁管；裂纹；研究
1.前言
随着电力工业的迅速发展，大机组已成为中国火力发电的主力机组。为了进一步提高机组效率、降低煤耗、保护环境、减少CO2的排放，还要进一步提高蒸汽参数。提高锅炉蒸汽温度和压力是提高火力发电厂效率最有效的方法，特别是温度对效率的影响更为显著。因此超（超）临界机组是当前和今后一段时期火电机组的重要发展方向。
我国目前以及未来的火电机组发展将主要以USC机组为主，作为USC机组采用的新型耐热钢应用，如何确保其在高温高压下安全稳定运行以及损伤后进行可靠的修复，是USC机组应用成功的关键技术之一，也是USC机组金属监督急需解决的最重要的问题。
2．P92钢主蒸汽管道焊缝裂纹分析处理
2.1．概况
某电厂为USC机组，锅炉型号为DG3000/26.15-Ⅱ1，2007年7月投运。2009年3月第一次大修时发现，锅炉出口A侧水平段（炉顶）的主蒸汽管道焊缝边缘有一条长约370mm的环向裂纹。至此，机组累计运行时间约1.1万小时。
主蒸汽管道规格φ540×85mm、材质SA335-P92，运行温度605℃、压力26.25MPa。
2.2.试验结果及分析
2.2.1. 外观检查：裂纹发生在环焊缝的汽机侧的熔合线上，里向（锅炉）4点至7点的时钟位置，即吊焊口的底部，位置与走向完全与焊缝熔合线重合。
裂纹表面长370mm，呈曲直线形，整条裂纹肉眼清晰可见，中间段可见明显张口，裂纹两端呈细钝状（图1、2）。裂纹处存有咬边和夹渣缺陷（照片3），咬边深度＞0.5mm，呈间断分布，总长度约30mm。
DL/T869-2004《火力发电厂焊接技术规程》中7.1.3条中规定“Ⅰ类焊接接头焊缝咬边深度≯0.5mm。
2.2.2. 焊缝外形尺寸检测：管道底部焊缝余高＞5mm。
DL/T869-2004《火力发电厂焊接技术规程》中7.1.1条中规定“Ⅰ类焊接接头焊缝余高≤3mm”，尤其是裂纹侧的焊缝余高与母材相比发生突变形成明显的夹角，势必大幅提高焊缝与管道母材相交处即熔合线部位的应力集中程度。
2.2.3. 焊缝两侧母材管道壁厚（标准85mm）检测数据见下表：
炉侧管道       82.8       83.9       82.7       84.3       86.9       82.5       84.1       83.5       平均       83.8       厚薄之差       4.2
机侧管道       81.7       81.3       78.6       78.1       78.1       78.4       78.3       79.2       平均       79.2       厚薄之差       3.6
注：壁厚测量，从机侧沿逆时针的零点位置开始。
焊缝两侧的管道母材均有加工减薄，以致焊缝接头两侧的管道呈缩颈状，图4。
测量数据表明，机炉两侧管道均小于标称壁厚，而且两侧管道平均壁厚相差4.6mm。两侧管道壁厚均不匀，厚薄之差分别为4.2和3.6mm，且两壁厚最大与最小处截面位置对应。

图1  汽机侧的熔合线上裂纹                   图2 裂纹走向

图3  裂纹处咬边和夹渣缺陷                图4  底部焊缝余高和不均匀加工减薄

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