第31卷第4期
2010年12月
电 站 辅 机
Power Station Auxiliary Equipment
V o l.31N o.4
Dec.2010
文章编号:1672-0210(2010)04-0038-04
高温热电偶保护套管泄漏的原因及预防措施
张继文
(汕尾电厂,广东汕尾516623)
摘 要:热电偶长期承受高温、高压及高质量流速的汽水冲击,尤其在恶劣工况条件下,对其本体安全性的要求非常高。介绍了汕尾电厂两起高温热电偶保护套管的失效事故。分析认为,保护套管的力学性能不佳,以及安装时未按工艺要求进行施工,是导致保护套管开裂的主要原因。针对失效的原因,提出了相应的预防和改进措施。关键词:电厂;高温;热电偶;保护;套管;泄漏;原因;措施中图分类号:TK223.6 文献标识码:B
Leakage Analysis on the Protective Sleeve of High -temperature
Thermo -couple and Preventive Measures
ZH A NG Jiw en
(Shanw ei P ow er P lant,Shanw ei,Gong do ng ,516623,China)
Abstract:T w o failure incidents of hig h -t em perat ur e ther mo -couple pr otectiv e sleev e hav e been descr ibed in Shanwei Pow er Plant.
Impr oper mechanical pro per ty of the pro tect ion sleeve and inappro pr iate inst allation witho ut
specification are the main reasons leading to cr acking o f the pr otectio n sleeve based o n analy sis.In light of the failure,the co rr esponding preventiv e and impro ving measures have been put forw ard in the pa per.
Key words:po wer plant;hig h temperatur e;thermo co uple;protective;sleev e;leakag e;r easo n;measur es
收稿日期:2010-07-15 修回日期:2010-12-07
作者简介:张继文(1980-),男,工程师,从事电厂锅炉及压力容器安全技术方面的监督工作。
1 概 述
作为测温用的接触式热电偶,以其性能稳定、准确可靠、结构简单、使用方便等优点,在火电厂的测温系统中得到了广泛应用。因热电偶测温常处于高
温状态下,所以,热电偶的套管发挥着重要的保护作用,保护套管的安装方式及材料性能,直接影响热电偶的使用寿命及测温工作的稳定性。作为四大管道上的测温附件,热电偶长期承受高温、高压及高质量流速的汽水冲击,对本体附件安全性的要求非常高,尤其是在工况恶劣条件下,更需对其安装及材料材质的选用提出更高的要求。
2 套管的泄漏现象
汕尾电厂1号、2号机组为600M W 超临界机组,主汽额定参数:温度为566 ;压力为25.4MPa 。主蒸汽管上装有热套式热电偶进行温度测量,热电偶的结构简图见图1所示。
2008年7月23日,对1号机组进行了计划性检修,在系统水压试验后,发现主蒸汽管上主汽门前一处热电偶的保护套管有泄漏现象,取出此套管,经检查发现套管的根部存在裂纹。此后不久,在2号机组的主汽管上,也发现了热电偶的保护套管存在泄漏现象,取套管后检查,与1号机组保护套管的失效情况
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高温热电偶保护套管泄漏的原因及预防措施电站辅机总第115期(2010N o.4)
备注:图中所有管材的材质皆为S A335-P91
图1 热套式热电偶的结构图
相同,此时,距机组正式投产发电还不到半年时间。
3 对套管的检查及材料分析
3.1 现场检查情况
现场检查保护套管的安装情况,此套管插入主
蒸汽管的深度为98mm,在套管与主蒸汽管的接触
部位有磨损的痕迹,并有安装焊接时为调整对口间
隙而打磨套管的痕迹。套管的实物图像及裂缝位
置,见图2所示。
图2 裂纹所在的部位
对失效套管进行观察,断裂面无塑性变形痕迹,
断口表面平整,边缘无剪切唇;断口表面呈颗粒状,
颜色灰暗,断口的部分部位有贝壳状条纹,从断裂面
可看出明显的材料疲劳特征。
3.2 试验分析
3.2.1 化学成份分析
保护套管的材质为SA213-T91,失效试样的
化学成分与美国工程师学会制定的锅炉及压力容器
规范第 卷A篇 铁基材料 (以下简称ASME规
范)对比如表1所示。其化学成分基本符合ASME
规范要求。
表1 温度套管管样化学成分
元素失效套管A SM E规范
C0.1160.07~0.12
M n0.3710.3~0.6
Cr9.1518.0~9.5
M o0.9780.75~1.05
V0.2480.18~0.25
N b0.0830.06~0.1
N i0.000 0.4
3.2.2 金相分析
在套管的不同位置取样进行金相组织分析,分
析结果显示,在试样中残留少量马氏体,说明材料在
热处理过程中回火不充分,见图3~图6所示。
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3.2.3 力学性能
对失效套管切取了部分材料,制成试样后进行
了拉伸、冲击性能试验和硬度测量,试样的力学性能
测试数据见表2。
表2 试样的力学性能数据
项目抗拉强度
b(M Pa)
屈服强度
0.2(M Pa)
延伸率
(%)
硬度
(H B)
失效套管65060017278 ASM E规范 585 415 20 250
4 检查及测试后所得结论
4.1 保护套管的材质化学成份基本符合A SM E规范的要求。
4.2 金相组织显示,裂纹沿晶界扩展,试样中残留少量马氏体,说明套管材料在热处理过程中回火不充分。
4.3 力学性能结果显示,抗拉强度和屈服强度均符合标准要求,但硬度值偏高,材料的延伸率低于标准要求,材料的塑性下降。
4.4 套管的插入深度为98mm。套管的有效插入深度(从管内壁算起),按1990年颁发的SDJ279 90 电力建设施工及验收技术规范(热工仪表及控制装置篇) 中规定:高温高压蒸汽管道的公称直径等于或小于250m m时,有效插入深度宜为70mm;公称直径大于250mm,有效插入深度宜为100mm。本次失效热电偶装配在规格为ID292 53mm的主蒸汽母管上,保护套管的插入深度符合规范要求。
5 套管的失效原因
5.1 从金相组织分析可以得知,裂纹尖端沿晶界扩展,有明显的脆性断裂特点;套管试样中残留少量马氏体,马氏体是因回火不充分而存留的组织,少量马氏体的存在,使套管材料在硬度上偏高,材料的脆性增大,从而降低了材料的韧性。
5.2 安装时打磨温度套管的原因。安装套管时,因无法与管座的顶部进行组对焊接,而采取打磨温度套管的三棱锥与母管接触的部位来调整间隙,在打磨过程中,由于打磨不均匀导致套管三棱锥部位与母管内孔接触存在间隙,而套管在运行中,受到了高温高压蒸汽的持续冲击力,这部分间隙使套管在强大冲击力的作用下更容易发生共振。
5.3 分析认为,共振是造成热电偶套管断裂的主要原因。当汽流旋涡主导的频率很接近套管固有振动频率时,则发生共振。当产生共振现象时,套管就会出现周期性的交变应力。如果热电偶套管长久地承受很强的交变应力,套管某些应力最高的部位就会产生高周疲劳,在蒸汽的冲刷下,疲劳裂纹扩展,很快就会产生断裂。
5.4 在上述两个原因的综合作用下,使得套管结构最薄弱的地方在承受工作应力较低(通常远远低于材料的屈服强度)的情况下提前出现脆性断裂。
6 预防措施
6.1 待机组停机时,扩大此种类型热电偶的检查范围,争取尽快消除机组中的该类温度测点的隐患,提高机组安全运行的安全系数,减少和避免机组的事故停机。
6.2 增加此类设备采购时材料性能的技术要求,保证加工保护套管用的原材料性能,规范设备到货入
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高温热电偶保护套管泄漏的原因及预防措施电站辅机总第115期(2010N o.4)
库检验流程。
6.3 制定合理的安装施工作业指导书,防止因安装时遗留间隙的原因,导致高频共振而发生的疲劳失效。
7 结束语
通过对失效部件的材料性能试验及安装结构进行分析,得出材料性能及安装工艺方面的问题,这些原因是使保护套管提前失效的主要因素,而套管本身固有的工作环境也是引发失效的原因之一。据此,提出了加强高温测温元件的材料质量监督,加强现场安装质量监督及制定合理的施工工艺等措施,可最大限度地避免此类事故的发生。
参考文献:
[1]蔡捷伟.热电偶保护管的性能和选用[J].传感器世界,2002,10.
[2]于洪波,等.热电偶套管断裂的原因分析及预防措施[J].石油化
工自动化,2008,2.
简讯
风电巨头维斯塔斯在华首设技术研发中心日前,风电巨头维斯塔斯正式宣布在华设立研发中心,该研发中心是中国首家国际风能技术的
研发中心。
据了解,该研发中心由维斯塔斯风力系统有限公司注资成立,预计在未来5年内,累计投资3.5
亿元人民币,科研人员总数将在2年内翻一番,到2012年达到200名,其中95%的员工为中国本
土人才。
该研发中心远景计划是培养本地人才,将开展包括高电压技术、空气动力学、材料研究、软件开
发等领域在内的研发工作,运用这些技术降低发电成本。在不远的将来,该研发中心还将与电网开
发商一道,进行风电并网等技术方面的研究。
目前,维斯塔斯已经在丹麦、英国、美国、印度和新加坡建立了研发中心。业内人士认为,作为
全球最大的风机制造商,维斯塔斯在华设立研发中心,表明中国风电市场的发展愈发受到重视,同
时也预示中国本土风机市场的竞争,已从抢占市场份额上升到比拼研发及后续服务的层面。
全球最大煤化工项目内蒙古投产
近日悉,内蒙古久泰能源100万吨/年甲醇、10万吨/年二甲醚工程已于2010年10月15日投产。
据介绍,该工程项目建设位于鄂尔多斯市准格尔旗,自2008年开始建设,总投资52亿元人民币,是目前国内外煤化工行业中单套规模最大的装置,通过将原煤低温热解、脱苯脱硫、加氢提质、净化合成等工艺,制取甲醇、二甲醚和其它化工产品。项目达产后,年可实现销售收入25.5亿元,
利税7.5亿元。
沙特阿美公司计划投巨资建设6个发电站沙特阿美公司计划投资37.5亿里亚尔(约合人民币68.4亿元),在未来2年内建设6座发电站,以满足国内特别是没有电网覆盖地区的石油和天然气项目日益增长的电力需求。据消息称,阿
美公司已委托英国银行作为发展这一电力项目的财政顾问。
摘自上海电气电站设备有限公司电站辅机厂技术部 信息简讯 第145期
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