減溫減壓器震動導致裂紋的研究

李伯稱 王旭春

摘要：針對減溫減壓器在運行期間產生震動導大小接頭處出現裂紋，并在對產生的裂紋進行原理分析，通過現場對裂紋的研究，總結出穿晶斷裂、沿晶斷裂兩種斷裂的不同點。最后根據斷裂產生的機理提出整改措施和改進方法成功解決了減溫減壓器震動導致裂紋的問題。

關鍵詞：減溫減壓器；穿晶斷裂；沿晶斷裂

減溫減壓器裝置，顧名思義，就是將高溫高壓蒸汽降為客戶能夠使用的低壓低溫蒸汽（可為過熱蒸汽）。以鍋爐過熱器出口為例，鍋爐產生蒸汽經過熱器出口到汽輪機做功，汽輪機對于進入的蒸汽參數有個范圍要求，如果過熱器出口的蒸汽參數超出汽輪機所要求的高限，就會對汽輪機造成損壞。所以必須用減溫減壓器/減溫減壓裝置將參數降到適用范圍以內。汽封系統一般沒有減溫減壓器/裝置，用均壓箱來供汽。

1.減溫減壓器介紹

1.1工藝流程的介紹

四川石化自備電站共設置12臺減溫減壓器，分別為三個壓力等級蒸汽管網供汽常規減溫減壓器（簡稱常減）共6臺，分別為9.8MPa至4.0MPa常減2臺，4.0MPa至1.2MPa常減2臺，1.2MPa至0.4MPa常減2臺。 快開減溫減壓器（簡稱快減）共6臺，分別為9.8至4.0MPa快減4臺，9.8MPa至1.2MPa快減1臺，9.8MPa至0.4MPa快減1臺。

1.2 減溫減壓器設備介紹

1.3 減溫減壓器工作原理介紹及問題描述

四川石化自備電站減溫減壓器采用的是混合式，通過減溫水直接對9.8MPa蒸汽進行噴水擴容降溫減壓，保證4.0MPa、1.2MPa、0.4MPa三條蒸汽管網壓力運行正常。但在整個運行過程中出現了不同程度的高低頻振動和裂紋，嚴重威脅了安全生產。為了更好的研究下面通過對減溫減壓器材質、減溫水與蒸汽關系、減溫減壓器本體結構等幾方面進行研究。

2.產生裂紋介紹

2.1裂紋產生點

減溫減壓器在運行過程中，出現了不同程度的震動現象，并且在大小頭處出現了裂紋，裂紋細長而曲折，導致生產過程中減溫減壓器不能運行，嚴重威脅生產。

2.2產生裂紋原理

金屬裂紋的產生有兩種，一種是穿晶斷裂、一種是沿晶斷裂。

穿晶斷裂：面滑移造成的滑移面分離而產生的，它包括純剪切和微孔聚合型斷裂兩種型式，后者較為常見。微孔聚合型斷裂過程是在外力作用下，在夾雜物、第二相粒子與基體的界面處，或在晶界、相界、大量位錯塞積處形成微裂紋，因相鄰微裂紋的聚合產生可見微孔洞，以后孔洞長大、增殖，最后連接形成斷裂。用電鏡觀察到的斷口被稱為韌窩的微孔覆蓋著，又稱韌窩斷裂。韌窩是微孔的一半。韌窩有等軸型、切變型和撕裂型3種，其形狀受力狀態制約，參考韌窩形狀可估計造成斷裂時的應力狀態類型。沿晶斷裂：當沿晶斷裂斷口形貌呈粒狀時又稱晶間顆粒斷裂。多數情況下沿晶斷裂屬于脆性斷裂，但也可能出現韌性斷裂，如高溫蠕變斷裂。從斷裂現場檢查來看，減溫減壓器的裂紋屬于沿晶斷裂，裂紋曲折而沿著晶粒之間的鏈接處，在金屬鍵最薄弱的地方斷裂開，這與減溫減壓器出現應力集中、堿腐蝕、高低頻振動有關。

3.裂紋產生原因分析及整改措施

3.1斷裂機制分析

對現場斷裂情況現場分析，及蘭州石油化工設備檢測所對設備進行檢測，通過現場檢查和化學成分分析、力學分析，減溫減壓器材質復合設計標準，管線設計復合規范，進出口配置管材為12Cr1MoV，高低頻振動問題和裂紋問題存在的原因不在材質上。為了確保分析準確，特別對減溫減壓器的減溫水進行檢查，初步懷疑由于減溫水問題導致蒸汽帶水，產生高低頻振動和應力集中導致減溫減壓器出現裂紋，通過現場檢查和減溫減壓器（以1#、2#為例）進口流量400t/h，壓力9.4MPa，溫度540℃，減溫水壓力13.7MPa，溫度158℃，通過參數對比得出減溫水在擴容的蒸汽中仍能以氣態形式存在，在減溫減壓器當前壓力下不會以液態水的形式存在，所以減溫水不是產生高低頻振動的原因。

3.2產生裂紋原因分析

3.2.1根據減溫減壓器現場實際管件布局如圖2所示，由于大小頭處與減溫減壓器流量孔板之間沒有疏水點，孔板處有凸臺與大小頭減溫減壓器系統存在疏水盲區，存在積水洼地。由于鍋爐給水采用氨液、磷酸鹽等調節PH值，流量計前無疏水點，使流量計凸臺前造成積水現象，容易造成干濕交替環境，導致堿濃縮，濃度增大。

3.2.2減溫減壓器節流管件與封頭處采用角焊縫焊接工藝如圖3所示，導致焊縫應力集中，在堿性環境下產生堿應力腐蝕。

3.3整改措施

通過對減溫減壓器產生裂紋內因與外因的研究，通過采取措施避免干濕交變環境的產生，進而避免扭應力的產生，通過增加支撐等手段避免減溫減壓器高、低頻震動，減少由于震動產生的應力長期作用于熱影響區。通過增加疏水點、增設支撐等方法，成功解決了減溫減壓器由于震動產生裂紋的問題。主要措施如下：

3.3.1結構改造：通過增加結構支撐來消除高頻振動，在距離減溫減壓器進口疏水點1000mm和4300mm的地方增加兩處彈簧式徑向支撐，釋放減溫減壓器徑向應力，從而消除高頻振動。在減溫減壓器流量計與大小頭之間增加疏水點，將2200mm的水凹區域的疏水排凈，避免由于疏水排不凈導致產生干濕交變環境，繼而產生堿腐蝕及扭力。通過疏水點的增加，堿環境消失，干濕交變環境消失，氣象部分的膨脹力和液相部分的收縮力都化解了，作用于大小頭處的扭應力沒有了，達到了消除低頻振動的目的。

3.3.2工藝改造：原減溫減壓器是角焊縫，為單面焊接方式，這種方式會是金屬晶粒直徑增大，導致晶粒見接觸面積變小，從而易出現疲勞斷裂現象。通過改進工藝，將大小頭處改為鑄造，而焊接方式改為平焊縫，通過熱處理，保證兩面切口焊接，金屬晶粒均勻，直徑較小，保證了晶粒間接觸面積，從而增加焊接處強度和抗疲勞度。

4.結語

減溫減壓器是多管網運行的重要連接設備，它的良好運行能保證管網大系統的平穩運行和對突發事故的處理能力，對于減溫減壓器產生的裂紋研究能及時的解決問題，找出問題的原因，對設備改造提供了良好的依據，對于減溫減壓器系統的成熟度有了一定的幫助。對于裂紋的研究有助于第一時間找出設備產生裂紋的原因，對于第一時間解決問題提供了保障。

參考文獻：

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