研究火電廠主蒸汽管道金屬監(jiān)督方法

彭仕旭

（長(zhǎng)安益陽(yáng)發(fā)電有限公司，湖南 益陽(yáng) 413000）

隨著社會(huì)的不斷向前發(fā)展，人們?cè)谌粘Ｉ詈凸ぷ鬟^(guò)程中，對(duì)于電力資源的需求量正在不斷加大，火電廠作為供電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中非常重要的組成部分，在社會(huì)供電工作過(guò)程中扮演著非常重要的角色。在火電廠的日常生產(chǎn)工作過(guò)程中，需要使用到大量的蒸汽鍋爐以及相關(guān)的壓力容器設(shè)備，其中電廠的主蒸汽管道在設(shè)計(jì)制造、安裝、使用以及檢測(cè)工作方面都作出了非常詳細(xì)的規(guī)定和要求。火電廠蒸汽管道金屬監(jiān)督作為蒸汽鍋爐金屬監(jiān)督管理工作中非常重要的工作環(huán)節(jié)，受到了火電廠內(nèi)部相關(guān)工作人員的高度關(guān)注和重視，并且對(duì)于主蒸汽管道金屬監(jiān)督工作方法，以及相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被正式地列入到TRD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求當(dāng)中。基于此，本文有效結(jié)合我國(guó)某地區(qū)一處火電廠主蒸汽管道產(chǎn)生的破壞性問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，提出管道金屬監(jiān)督控制工作方法和標(biāo)準(zhǔn)。

1 火電廠主蒸汽管道的損壞情況與監(jiān)督工作重點(diǎn)分析

在火電廠的日常工作過(guò)程中，使用的是運(yùn)行溫度在450℃以上的高溫高壓主蒸汽管道構(gòu)件，包含異型管件、閥殼以及主蒸汽出口聯(lián)箱等相關(guān)構(gòu)件。在某火電廠當(dāng)中使用的是高強(qiáng)度耐高溫的鋼材料作為管道的主要金屬材料。針對(duì)該發(fā)電廠主蒸汽與再熱蒸汽管道產(chǎn)生的破壞性問(wèn)題展開(kāi)全面調(diào)查和分析，通過(guò)對(duì)該電廠總共93次機(jī)組進(jìn)行檢測(cè)，其中在4年期間總共發(fā)現(xiàn)450個(gè)管件產(chǎn)生明顯的破壞性問(wèn)題，在全部損壞的管件當(dāng)中，異形管件的支管和主管之間的直徑比例控制在0.3以上，占到了總比例的百分之50，其中三通管件產(chǎn)生的破壞問(wèn)題占到總異型管件破壞總數(shù)的70%，直管段和彎管破壞問(wèn)題占到21%。主蒸汽閥殼占到總破壞數(shù)量的12%，出口聯(lián)箱破壞率占到16%[1]。所有的異型管件產(chǎn)生的破壞問(wèn)題，主要是以裂紋問(wèn)題為主，大約超過(guò)90%的裂紋產(chǎn)生在焊接縫位置，母材的裂紋不超過(guò)10%。通常情況下，焊接縫位置發(fā)生在分支管的連接焊接縫，及異形件和管道之間的連接邊界面的焊接位置，直管段和彎管段產(chǎn)生的損傷問(wèn)題比例占到60%，主要體現(xiàn)在管道相互之間的焊接位置。在閥殼和出口聯(lián)箱的損壞問(wèn)題當(dāng)中，也存在50%的問(wèn)題出現(xiàn)在連接焊接縫的位置。因此，從整個(gè)損傷問(wèn)題產(chǎn)生的部位進(jìn)行分析，其中大約超過(guò)70%的損傷問(wèn)題產(chǎn)生在焊接縫的位置，特別是在一些異形件與管道的連接焊接縫位置，很容易產(chǎn)生裂紋與損傷情況。如圖1。

圖1 蒸汽管道焊接裂縫

根據(jù)工作人員的統(tǒng)計(jì)和分析，該火電廠總共產(chǎn)生過(guò)三次以上的彎頭管道爆裂事故，產(chǎn)生爆裂管道的內(nèi)徑大小為175mm，管道壁厚度為30mm，曲率半徑大小為1070mm，在管道使用超過(guò)95,000個(gè)小時(shí)之后，在蒸汽鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行工作狀態(tài)下，彎管的外側(cè)區(qū)域突然產(chǎn)生爆破問(wèn)題，爆破口長(zhǎng)度達(dá)到1100mm，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步檢查和分析之后再產(chǎn)生爆破范圍之內(nèi)，有一平行于主坡口的軸向裂紋問(wèn)題，裂紋深度達(dá)到管道壁厚度的80%。除此之外，其中還存在很多小裂紋情況，通過(guò)材料實(shí)驗(yàn)工作結(jié)果分析可以看出，這種損傷問(wèn)題主要體現(xiàn)為蠕動(dòng)變形損傷。

管道所有的爐壁損傷問(wèn)題，最開(kāi)始是從外壁開(kāi)始延伸，針對(duì)彎管和直管蠕變損傷裂紋，主要是順著氣流的方向上產(chǎn)生，針對(duì)焊接縫裂紋大部分是和焊縫之間相平行，同時(shí)在焊縫的熱影響區(qū)域范圍內(nèi)也存在和焊接縫垂直的裂紋，直接延伸到焊接縫。經(jīng)過(guò)相關(guān)計(jì)算分析得出，由于蒸汽管道的金屬承受應(yīng)力有所不足，很容易出現(xiàn)早期的基礎(chǔ)材料蠕變損傷情況。通過(guò)后續(xù)的支吊架情況進(jìn)行更深入的精確計(jì)算和分析結(jié)果，得出支吊架的計(jì)算承載能力和實(shí)際的偏差量達(dá)到50%，因此使得整個(gè)管道受力產(chǎn)生明顯的變化，進(jìn)而出現(xiàn)早期蠕變性損傷問(wèn)題[2]。

經(jīng)過(guò)上述情況分析和研究，可以看出火電廠的主蒸汽管道損傷問(wèn)題，主要出現(xiàn)在三通閥門、焊接縫以及彎頭的被弧位置，因?yàn)橹У跫艿膯?wèn)題所形成的早期蠕變損傷會(huì)造成整個(gè)管道的整體性破壞，必須要引起火電廠內(nèi)部管理工作人員的充分重視，這些管道容易產(chǎn)生損傷的問(wèn)題，是主蒸汽管道金屬監(jiān)督的重要環(huán)節(jié)。

2 火電廠主蒸汽管道金屬監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)和方法分析

在主蒸汽管道金屬監(jiān)督工作過(guò)程中，所采取的規(guī)定是TRD500系列在TRD508條例當(dāng)中規(guī)定，大功率的蒸汽鍋爐在金屬監(jiān)督工作過(guò)程中，需要附加相應(yīng)的檢驗(yàn)工作措施，同時(shí)被檢測(cè)的工作部件在高溫持久負(fù)荷與交變負(fù)荷環(huán)境下工作，電廠的主蒸汽管道則屬于這種類型的部件[3]。因此，在監(jiān)測(cè)工作過(guò)程中需要準(zhǔn)確記錄主蒸汽管道的壓力與溫度高低，有效估算壓力管道的持久負(fù)荷量大小，檢查很多金屬的檢驗(yàn)溫度測(cè)點(diǎn)位置，記錄其中的溫度差，以此來(lái)估計(jì)交變負(fù)荷量大小，需要對(duì)管道進(jìn)行蠕脹情況測(cè)量和分析，對(duì)主蒸汽管道進(jìn)行無(wú)損探傷和重復(fù)性檢驗(yàn)，對(duì)主蒸汽管道表面技術(shù)組織進(jìn)行研究，同時(shí)測(cè)量部件的幾何尺寸大小[4]。

2.1 主蒸汽管道的監(jiān)督檢查工作方法

在進(jìn)行管道系統(tǒng)監(jiān)督檢查工作過(guò)程中，首先需要全面檢查整個(gè)管道應(yīng)力最大的部位管系的彎管部位，需要基于最終的檢查工作結(jié)果，有效擴(kuò)展到整個(gè)管系當(dāng)中。在某廠金屬監(jiān)督工作中，對(duì)一臺(tái)已經(jīng)使用超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)的330兆瓦工作機(jī)組進(jìn)行分析，相關(guān)工作人員在大修工作當(dāng)中，先對(duì)鍋爐的出口三通位置和彎管位置進(jìn)行了全面檢查，其中發(fā)現(xiàn)彎管的背弧位置產(chǎn)生逐漸損傷。因此，工作人員決定擴(kuò)大檢查工作范圍，對(duì)其中所有的焊縫位置進(jìn)行探傷檢查工作，如果發(fā)現(xiàn)焊接縫隙時(shí)有裂紋情況，那么就需要從焊接縫的兩側(cè)區(qū)域母材位置進(jìn)行檢查，如果其中也發(fā)現(xiàn)存在蠕變損傷問(wèn)題，就需要對(duì)整個(gè)管道損傷問(wèn)題進(jìn)行排查分析，之后，工作人員認(rèn)為是整個(gè)管道的支吊架產(chǎn)生的問(wèn)題，決定對(duì)整個(gè)管道進(jìn)行更換處理[5]。如圖2。

圖2 蒸汽管道三通

2.2 管道蠕脹監(jiān)督

通過(guò)對(duì)該火電廠主蒸汽管道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)蠕脹監(jiān)督工作，并且設(shè)定出蠕脹監(jiān)測(cè)點(diǎn)蠕脹測(cè)點(diǎn)設(shè)置工作原則，主要放在應(yīng)力較大、管壁較薄、溫度相對(duì)較高的位置，其中一條管道大約需要安裝6～8個(gè)蠕脹監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。

2.3 蠕脹監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的安裝工作方法

該火電廠運(yùn)行蒸汽機(jī)組當(dāng)中設(shè)置有三種蠕脹監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在老機(jī)組之上通過(guò)使用蠕脹測(cè)點(diǎn)與我國(guó)現(xiàn)階段管道上安裝的蠕脹監(jiān)測(cè)點(diǎn)，保持相同測(cè)量管道的直徑發(fā)生變化，需要確認(rèn)蠕脹速率和累計(jì)蠕脹變形的大小。第二種方式是在基建工作過(guò)程中，需要保證在主站測(cè)量點(diǎn)位置，將管道制作成圓形界面，剩余的位置管道厚度不能小于理論計(jì)算值，厚度大小通過(guò)測(cè)量管道周長(zhǎng)的變化情況，確認(rèn)蠕脹數(shù)據(jù)以及累計(jì)蠕脹變形量大小。

2.4 金屬組織的監(jiān)督

基于TRD508當(dāng)中的規(guī)范要求，蒸汽管道應(yīng)力最大的位置，金屬組織檢查最短安排在總壽命消耗量的0.6時(shí)間段進(jìn)行，根據(jù)相關(guān)監(jiān)測(cè)工作單位的進(jìn)一步研究分析之后，有效提出使用膠膜金相法對(duì)蒸汽管道等各環(huán)節(jié)部件展開(kāi)質(zhì)量監(jiān)督和分析。在進(jìn)行基礎(chǔ)管道的金屬組織檢查過(guò)程中，需要對(duì)檢查部位進(jìn)行充分磨光、拋光，金屬材料表面覆蓋一層溶解的塑料膠膜，同時(shí)在塑料膠膜完全硬化之后，取下在金相顯微鏡或者是高倍電子顯微鏡下進(jìn)行放大數(shù)百倍觀察。通過(guò)顯微鏡觀察可以對(duì)其中長(zhǎng)度為10-3mm的裂紋以及孔洞情況進(jìn)行觀察和分析。因?yàn)槟z膜金相法的具體的損傷發(fā)生位置，對(duì)于顯微鏡下觀察所得到的金屬組織與碳化物的析出情況，對(duì)孔洞和晶體界線進(jìn)行分離微裂縫數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，如圖3。

圖3 顯微鏡金屬組織觀察

其中金屬組織可以將其劃分為6級(jí)，可以有效測(cè)定出金屬外表的處理工作方式。膠膜金相法對(duì)于蒸汽管道的殘余壽命監(jiān)督工作效果非常明顯，因?yàn)闇y(cè)量的面積相對(duì)較小，因此需要有效做好前期的測(cè)量準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)確定位需要檢查的位置在觀察到蠕變損傷的信息之后，可以對(duì)下一次的檢查工作時(shí)間進(jìn)行確認(rèn)和判斷，根據(jù)最終的檢查工作結(jié)果，有效確認(rèn)處理工作方法，可以廣泛地應(yīng)用于管材異形件以及焊接縫等各種部件當(dāng)中。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在針對(duì)本次火電廠主蒸汽管道的監(jiān)督工作過(guò)程中，對(duì)于彎管部分提出了更加嚴(yán)格的監(jiān)督工作要求，對(duì)于其中已經(jīng)超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)運(yùn)行工作時(shí)間的老蒸汽機(jī)組而言，必須要做好無(wú)損金屬組織的檢查與監(jiān)督工作，不能在超過(guò)15萬(wàn)小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間之后再進(jìn)行檢查。由此可以看出，該火電廠在工作過(guò)程中，主蒸汽管道的安全性非常關(guān)鍵，并且逐漸積累出大量的工作經(jīng)驗(yàn)，基于這些工作經(jīng)驗(yàn)所制定出的監(jiān)督和處理工作方法，可以有效保證整個(gè)火電廠的生產(chǎn)工作穩(wěn)定進(jìn)行。