火力发电厂主蒸汽管道温度套管泄漏原因分析

2020-11-27任飞翔

商品与质量 2020年37期

任飞翔

华电湖北发电有限公司电力工程分公司湖北黄石 435000

1 事件经过

某公司1 号机组运行中，检修人员在1 号机组汽机房6 米层主蒸汽管道处听到异常声响，经检查发现右侧主蒸汽管道温度测点处保温有微量蒸汽泄漏，初步判断是右侧主蒸汽管温度测点角焊缝裂纹导致泄漏。机组降负荷维持至170MW 运行，主汽压力降低至9MPa，经检修人员持续观察发现，主蒸汽管道泄漏点声音有逐渐增大的情况，泄漏蒸汽量无显著增大，判断是温度测点套管焊缝泄漏有扩大趋势，但由于保温阻挡，泄漏蒸汽量无明显变化，机组打闸停机[1]。

2 检查及处理情况

该机组主蒸汽管道设计材质P91，本次泄漏位置在汽机房6 米平台，距离主汽门5 米，右侧分支管道上温度套管管座角焊缝开裂泄漏，该位置主蒸汽管道规格Ф273×32mm。该泄漏温度套管角焊缝曾经进行过改造，至本次停机，该管座运行时间45368 小时。

（1）现场检查共发现主蒸汽管道漏点1 处，位于汽机房6 米平台右侧主蒸汽温度套管角焊缝，大量蒸汽沿管座角焊缝主管侧熔合线泄漏，开裂长度达到4/5 圈熔合线，冲刷痕迹明显。

待机组完全冷却，将泄漏温度套管取下，可见整圈断口无塑性变形，断面粗糙，沿晶开裂，断面位于主管侧熔合线上，断面上未发现其他微裂纹，主管侧坡口凹凸光滑，有明显的焊接熔化痕迹，坡口边缘存在未焊透现象，整个断口呈脆性断裂特征。

该焊缝为单面焊，焊接结构为不焊透结构，易产生应力集中，且实际安装时，为了避免套管深入主蒸汽管道内太长，将椎体上移，造成套管与管壁之间缝隙增大，套管在蒸汽的扰动下，使套管产生一定的振动，更易在应力集中部位产生疲劳；且主管侧坡口深度较浅，焊接强度不足。现场进行光谱复核，发现主管道材质为P91，温度套管材质为12Cr1MoV，焊缝材质为ERNiCr-3，该焊缝是采用镍基焊材将两种铁素体材料焊接在一起。

（2）扩大检查情况：鉴于温度套管管座角焊缝的结构特点与异种钢焊接存在的问题，现场对同类温度套管角焊缝再次进行了渗透探伤检测，未发现缺陷痕迹显示。由于此类裂纹产生于未焊透结构的应力集中部位或者P91 热影响区内部，渗透检测仅能发现表面裂纹，检测手段具有局限性。

（3）类似设备故障情况：温度套管异种钢管座角焊缝开裂在其他厂也时有发生，2019 年3 月山东青岛某电厂机组主蒸汽管道温度套管飞出，运行时间9.6 万小时；山西河津某电厂机组投运后多个温度套管管座角焊缝开裂（采用不锈钢焊材而不是镍基焊材）；广东某电厂2018 年7 月11 号机组主蒸汽温度测点管座断裂飞脱，运行时间接近10 万小时，以上说明异种钢焊接管座角焊缝存在较大的安全隐患。

3 原因分析

（1）异种钢焊缝与母材的化学成分不同，高温运行会发生碳扩散和迁移，母材侧有脱碳现象，焊缝侧形成晶界碳化物，使得晶界弱化，都会造成蠕变强度降低而导致蠕变损伤。镍基异种钢接头长期运行也会沿着熔合线附近的碳化物相和熔合线附近的原始奥氏体晶界处发生断裂，只是它比用普通奥氏体填充材料形成的焊接接头寿命要长一些。

（2）奥氏体材料与铁素体材料线膨胀系数的差别在温度变化的情况下在接头内部会产生较大的温差应力，在应力和组织缺陷的共同影响下异种钢接头容易发生早期破坏，其运行寿命与运行温度和应力水平等综合因素有关。

（3）焊接结构不合理，并且未严格执行焊接工艺，形成未焊透结构易在异种钢的焊缝根部造成应力集中，产生较大结构应力。

（4）P91 与不锈钢异种钢焊接时，P91 母材同样经历了焊接过程，但是采用镍基焊材的工艺上通常不进行热处理，这就容易导致P91 侧热影响区位置出现淬硬倾向比较大的组织，使P91 侧热影响区脆性增大，在该部位产生初始裂纹；如果焊接工艺执行不到位，如焊前不预热，焊接线能量过大，都会加大P91 侧热影响区出现缺陷的可能。

综上所述：温度套管异种钢焊缝由于成分、性能差异，导致碳扩散和迁移，线膨胀系数的差别引起较大的温差应力，未焊透结构造成应力集中，P91 未进行热处理使热影响区脆性增大等，异种钢焊缝长期运行后沿着熔合线附近的碳化物相和熔合线附近的原始奥氏体晶界处发生开裂，导致主蒸汽管道右侧温度套管角焊缝开裂产生泄漏，机组停机[2]。