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高溫熱電偶保護套管泄漏的原因及預防

發(fā)布時間:2020-09-09     瀏覽次數(shù):
摘要:熱電偶長期承受高溫高壓及高質(zhì)量流速的汽水沖擊,尤其在惡劣工況條件下,對其本體安全性的要求非常高。介紹了汕尾電廠兩起高溫熱電偶保護套管的失效事故,。分析認為,保護套管的力學性能不佳,以及安裝時未按工藝要求進行施工,是導致保護套管開裂的主要原因,。針對失效的原因,提出了相應的預防和改進措施。
1概述
       作為測溫用的接觸式熱電偶,以其性能穩(wěn)定,、正確可靠,、結構簡單、使用方便等優(yōu)點,在火電廠的測溫系統(tǒng)中得到了廣泛應用,。因熱電偶測溫常處于高溫狀態(tài)下,所以,熱電偶的套管發(fā)揮著重要的保護作用,保護套管的安裝方式及材料性能,直接影響熱電偶的使用壽命及測溫工作的穩(wěn)定性,。作為四大管道上的測溫附件,熱電偶長期承受高溫.高壓及高質(zhì)量流速的汽水沖擊,對本體附件安全性的要求非常高,尤其是在工況惡劣條件下,更需對其安裝及材料材質(zhì)的選用提出更高的要求,。
2套管的泄漏現(xiàn)象
       汕尾電廠1號,、2號機組為600MW超臨界機組,主汽額定參數(shù):溫度為566C;壓力為25.4MPa。主蒸汽管.上裝有熱套式熱電偶進行溫度測量,熱電偶的結構簡圖見圖1所示,。
       2008年7月23日,對1號機組進行了計劃性檢修,在系統(tǒng)水壓試驗后,,發(fā)現(xiàn)主蒸汽管上主汽門前一處熱電偶的保護套管有泄漏現(xiàn)象,取出此套管,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)套管的根部存在裂紋。此后不久,在2號機組的主汽管.上,也發(fā)現(xiàn)了熱電偶的保護套管存在泄漏現(xiàn)象,取套管后檢查,與1號機組保護套管的失效情況相同,此時,距機組正式投產(chǎn)發(fā)電還不到半年時間,。
熱套式熱電偶的結構圖
3對套管的檢查及材料分析
3.1現(xiàn)場檢查情況
       現(xiàn)場檢查保護套管的安裝情況,此套管插入主蒸汽管的深度為98mm,在套管與主蒸汽管的接觸部位有磨損的痕跡,并有安裝焊接時為調(diào)整對口間隙而打磨套管的痕跡,。套管的實物圖像及裂縫位置,見圖2所示。

       對失效套管進行觀察,斷裂面無塑性變形痕跡,,斷口表面平整,邊緣無剪切唇;斷口表面呈顆粒狀,,顏色灰暗,斷口的部分部位有貝殼狀條紋,從斷裂面可看出明顯的材料疲勞特征。
3.2試驗分析
3.2.1化學成份分析
       保護套管的材質(zhì)為SA213-T91,失效試樣的化學成分與美國工程師學會制定的鍋爐及壓力容器規(guī)范第I卷A篇《鐵基材料》(以下簡稱ASME規(guī)范)對比如表1所示,。其化學成分基本符合ASME規(guī)范要求,。

3.2.2金相分析
       在套管的不同位置取樣進行金相組織分析,分.析結果顯示,在試樣中殘留少量馬氏體,說明材料在熱處理過程中回火不充分,見圖3~圖6所示,。




3.2.3力學性能
        對失效套管切取了部分材料,制成試樣后進行了拉伸,、沖擊性能試驗和硬度測量,試樣的力學性能測試數(shù)據(jù)見表2。

4檢查及測試后所得結論
4.1保護套管的材質(zhì)化學成份基本符合ASME規(guī)范的要求,。.
4.2金相組織顯示,裂紋沿晶界擴展,試樣中殘留少量馬氏體,說明套管材料在熱處理過程中回火不.充分,。
4.3力學性能結果顯示,抗拉強度和屈服強度均符合標準要求,但硬度值偏高,材料的延伸率低于標準要求,材料的塑性下降。
4.4套管的插入深度為98mm,。套管的有效插入深度(從管內(nèi)壁算起),按1990年頒發(fā)的SDI279--90《電力建設施工及驗收技術規(guī)范(熱工儀表及控制裝置篇)》沖規(guī)定:高溫高壓蒸汽管道的公稱直徑等于或小于250mm時,有效插入深度宜為70mm;公稱直徑大于250mm,有效插入深度宜為100mm,。本次失效熱電偶裝配在規(guī)格為ID292X53mm的主蒸汽母管上,保護套管的插入深度符合規(guī)范要求。
5套管的失效原因
5.1從金相組織分析可以得知,裂紋尖端沿晶界擴展,有明顯的脆性斷裂特點;套管試樣中殘留少量馬氏體,馬氏體是因回火不充分而存留的組織,少量馬氏體的存在,使套管材料在硬度上偏高,材料的脆性增大,從而降低了材料的韌性,。
5.2安裝時打磨溫度套管的原因,。安裝套管時,因無法與管座的頂部進行組對焊接,而采取打磨溫度套管的三棱錐與母管接觸的部位來調(diào)整間隙,在打磨過程中,由于打磨不均勻?qū)е绿坠苋忮F部位與母管內(nèi)孔接觸存在間隙,而套管在運行中,受到了高溫高壓蒸汽的持續(xù)沖擊力,這部分間隙使套管在強大沖擊力的作用下更容易發(fā)生共振,。
5.3分析認為,共振是造成熱電偶套管斷裂的主要原因。當汽流旋渦主導的頻率很接近套管固有振動頻率時,則發(fā)生共振,。當產(chǎn)生共振現(xiàn)象時,套管就會出現(xiàn)周期性的交變應力。如果熱電偶套管長久地承受很強的交變應力,套管某些應力最高的部位就會產(chǎn)生高周疲勞,在蒸汽的沖刷下,疲勞裂紋擴展,很快就會產(chǎn)生斷裂,。
5.4在上述兩個原因的綜合作用下,使得套管結構最薄弱的地方在承受工作應力較低(通常遠遠低于材料的屈服強度)的情況下提前出現(xiàn)脆性斷裂。
6預防措施
6.1待機組停機時,,擴大此種類型熱電偶的檢查范圍,爭取盡快消除機組中的該類溫度測點的隱患,提高機組安全運行的安全系數(shù),減少和避免機組的事故停機,。
6.2增加此類設備采購時材料性能的技術要求,保證加工保護套管用的原材料性能,規(guī)范設備到貨入庫檢驗流程。
6.3制定合理的安裝施工作業(yè)指導書,防止因安裝時遺留間隙的原因,導致高頻共振而發(fā)生的疲勞失效,。
7結束語
       通過對失效部件的材料性能試驗及安裝結構進行分析,得出材料性能及安裝工藝方面的問題,,這些原因是使保護套管提前失效的主要因素,而套管本身固有的工作環(huán)境也是引發(fā)失效的原因之一。據(jù)此,提出了加強高溫測溫元件的材料質(zhì)量監(jiān)督,加強現(xiàn)場安裝質(zhì)量監(jiān)督及制定合理的施工工藝等措施,可最大限度地避免此類事故的發(fā)生,。
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