李伯称 王旭春

摘要：针对减温减压器在运行期间产生震动导大小接头处出现裂纹，并在对产生的裂纹进行原理分析，通过现场对裂纹的研究，总结出穿晶断裂、沿晶断裂两种断裂的不同点。最后根据断裂产生的机理提出整改措施和改进方法成功解决了减温减压器震动导致裂纹的问题。

关键词：减温减压器；穿晶断裂；沿晶断裂

减温减压器装置，顾名思义，就是将高温高压蒸汽降为客户能够使用的低压低温蒸汽（可为过热蒸汽）。以锅炉过热器出口为例，锅炉产生蒸汽经过热器出口到汽轮机做功，汽轮机对于进入的蒸汽参数有个范围要求，如果过热器出口的蒸汽参数超出汽轮机所要求的高限，就会对汽轮机造成损坏。所以必须用减温减压器/减温减压装置将参数降到适用范围以内。汽封系统一般没有减温减压器/装置，用均压箱来供汽。

1.减温减压器介绍

1.1工艺流程的介绍

四川石化自备电站共设置12台减温减压器，分别为三个压力等级蒸汽管网供汽常规减温减压器（简称常减）共6台，分别为9.8MPa至4.0MPa常减2台，4.0MPa至1.2MPa常减2台，1.2MPa至0.4MPa常减2台。 快开减温减压器（简称快减）共6台，分别为9.8至4.0MPa快减4台，9.8MPa至1.2MPa快减1台，9.8MPa至0.4MPa快减1台。

1.2 减温减压器设备介绍

1.3 减温减压器工作原理介绍及问题描述

四川石化自备电站减温减压器采用的是混合式，通过减温水直接对9.8MPa蒸汽进行喷水扩容降温减压，保证4.0MPa、1.2MPa、0.4MPa三条蒸汽管网压力运行正常。但在整个运行过程中出现了不同程度的高低频振动和裂纹，严重威胁了安全生产。为了更好的研究下面通过对减温减压器材质、减温水与蒸汽关系、减温减压器本体结构等几方面进行研究。

2.产生裂纹介绍

2.1裂纹产生点

减温减压器在运行过程中，出现了不同程度的震动现象，并且在大小头处出现了裂纹，裂纹细长而曲折，导致生产过程中减温减压器不能运行，严重威胁生产。

2.2产生裂纹原理

金属裂纹的产生有两种，一种是穿晶断裂、一种是沿晶断裂。

穿晶断裂：面滑移造成的滑移面分离而产生的，它包括纯剪切和微孔聚合型断裂两种型式，后者较为常见。微孔聚合型断裂过程是在外力作用下，在夹杂物、第二相粒子与基体的界面处，或在晶界、相界、大量位错塞积处形成微裂纹，因相邻微裂纹的聚合产生可见微孔洞，以后孔洞长大、增殖，最后连接形成断裂。用电镜观察到的断口被称为韧窝的微孔覆盖着，又称韧窝断裂。韧窝是微孔的一半。韧窝有等轴型、切变型和撕裂型3种，其形状受力状态制约，参考韧窝形状可估计造成断裂时的应力状态类型。沿晶断裂：当沿晶断裂断口形貌呈粒状时又称晶间颗粒断裂。多数情况下沿晶断裂属于脆性断裂，但也可能出现韧性断裂，如高温蠕变断裂。从断裂现场检查来看，减温减压器的裂纹属于沿晶断裂，裂纹曲折而沿着晶粒之间的链接处，在金属键最薄弱的地方断裂开，这与减温减压器出现应力集中、碱腐蚀、高低频振动有关。

3.裂纹产生原因分析及整改措施

3.1断裂机制分析

对现场断裂情况现场分析，及兰州石油化工设备检测所对设备进行检测，通过现场检查和化学成分分析、力学分析，减温减压器材质复合设计标准，管线设计复合规范，进出口配置管材为12Cr1MoV，高低频振动问题和裂纹问题存在的原因不在材质上。为了确保分析准确，特别对减温减压器的减温水进行检查，初步怀疑由于减温水问题导致蒸汽带水，产生高低频振动和应力集中导致减温减压器出现裂纹，通过现场检查和减温减压器（以1#、2#为例）进口流量400t/h，压力9.4MPa，温度540℃，减温水压力13.7MPa，温度158℃，通过参数对比得出减温水在扩容的蒸汽中仍能以气态形式存在，在减温减压器当前压力下不会以液态水的形式存在，所以减温水不是产生高低频振动的原因。

3.2产生裂纹原因分析

3.2.1根据减温减压器现场实际管件布局如图2所示，由于大小头处与减温减压器流量孔板之间没有疏水点，孔板处有凸台与大小头减温减压器系统存在疏水盲区，存在积水洼地。由于锅炉给水采用氨液、磷酸盐等调节PH值，流量计前无疏水点，使流量计凸台前造成积水现象，容易造成干湿交替环境，导致碱浓缩，浓度增大。

3.2.2减温减压器节流管件与封头处采用角焊缝焊接工艺如图3所示，导致焊缝应力集中，在碱性环境下产生碱应力腐蚀。

3.3整改措施

通过对减温减压器产生裂纹内因与外因的研究，通过采取措施避免干湿交变环境的产生，进而避免扭应力的产生，通过增加支撑等手段避免减温减压器高、低频震动，减少由于震动产生的应力长期作用于热影响区。通过增加疏水点、增设支撑等方法，成功解决了减温减压器由于震动产生裂纹的问题。主要措施如下：

3.3.1结构改造：通过增加结构支撑来消除高频振动，在距离减温减压器进口疏水点1000mm和4300mm的地方增加两处弹簧式径向支撑，释放减温减压器径向应力，从而消除高频振动。在减温减压器流量计与大小头之间增加疏水点，将2200mm的水凹区域的疏水排净，避免由于疏水排不净导致产生干湿交变环境，继而产生碱腐蚀及扭力。通过疏水点的增加，碱环境消失，干湿交变环境消失，气象部分的膨胀力和液相部分的收缩力都化解了，作用于大小头处的扭应力没有了，达到了消除低频振动的目的。

3.3.2工艺改造：原减温减压器是角焊缝，为单面焊接方式，这种方式会是金属晶粒直径增大，导致晶粒见接触面积变小，从而易出现疲劳断裂现象。通过改进工艺，将大小头处改为铸造，而焊接方式改为平焊缝，通过热处理，保证两面切口焊接，金属晶粒均匀，直径较小，保证了晶粒间接触面积，从而增加焊接处强度和抗疲劳度。

4.结语

减温减压器是多管网运行的重要连接设备，它的良好运行能保证管网大系统的平稳运行和对突发事故的处理能力，对于减温减压器产生的裂纹研究能及时的解决问题，找出问题的原因，对设备改造提供了良好的依据，对于减温减压器系统的成熟度有了一定的帮助。对于裂纹的研究有助于第一时间找出设备产生裂纹的原因，对于第一时间解决问题提供了保障。

参考文献：

[1]苏辉，陈冷，阎振棨.金属沿晶断裂表面的随机分形分析.科学通报，1991，19.

[2]刘宗昌.淬火高碳马氏体沿晶断裂机制，金属学报，1989，04.

[3]褚武扬，于广华，乔利杰，程以环.钢的氢致沿晶断裂理论，《中国科学E辑：技术科学》， 1996年05期.