Page 14 - 理化检验-物理分册2023年第三期

蒙殿武, 等: 火电机组承压部件温度管座的安全性影响因素及其优化措施

相关试验, 并提出了综合优化的概念, 为火电厂新建 容易形成夹杂、 未熔合缺陷。母管与套管材料不同,
机组管座设计、 失效管座技术改造提供理论指导。 为异种钢焊接, 焊接后实施热处理的难度较大, 在交
变应力的作用下, 沿焊缝与母材侧熔合线产生裂纹,
1 温度管座失效的典型案例介绍
导致温度套管发生早期开裂。
1.1 主汽门温度套管脱落
2 温度管座失效影响因素
2016年国内某电厂 600MW 机组高压主汽门
2.1 异种钢焊接接头
入口温度保护套管脱落, 主汽门材料为 ZG15CrMo

钢, 壁厚约为80mm , 温度套管材料为1Cr18Ni9Ti 温度管座的材料一般为不锈钢, 管道、 集箱或缸
钢, 温度套管与主汽门管座孔为过渡配合, 焊接结构 体一般为铁素体耐热钢, 因此温度管座就出现了异
未开 坡 口, 焊 接 材 料 为 A132 钢, 焊 脚 尺 寸 约 为 种钢焊接的结构设计。据统计, 奥氏体异种钢接头

5mm ( 见图1 )。经检查发现, 位于坡口面约50%的 发生早期失效的时间约为7×10 h , 镍基合金异种

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焊道外观有明显的裂纹扩展痕迹, 约30%有明显的 钢接头发生早期失效的时间约为10 h 。异种钢的
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撕裂痕迹。该焊接结构未开坡口, 焊脚尺寸及焊接 热膨胀系数存在差异, 导致焊接接头内部应力较为
材料不符合相关标准要求, 当机组启停和调峰频繁、 复杂, 低合金侧容易产生氧化缺口, 因此异种钢焊接
温度变化次数增加时, 该温度套管受到周期性热应 接头易发生早期失效。
力, 在焊缝根部产生裂纹, 在运行过程中裂纹不断扩 2.2 结构
展, 最终导致温度套管脱落。 目前直埋式温度管座一般都为未焊透结构, 其
焊缝根部角度较小, 焊接时摆丝困难, 容易形成未焊
透或未融合缺陷, 这种结构容易产生内部缺陷, 且很
难被检测出来, 使焊接质量难以得到有效控制。
2.3 焊接工艺
焊接工艺不当, 没有进行预热和焊前热处理, 焊
缝根部存在严重未焊透现象, 未做焊后热处理, 均会

导致温度管座发生早期失效。
2.4 装配工艺
图1 主汽门温度套管的安装结构示意
装配工艺不当会导致管座发生振动, 并产生应
1.2 主蒸汽管道上温度套管开裂 力集中; 还会使温度管座的锥形套与管壁内孔的锥

国内某电厂 600 MW 机组的主蒸汽管道上温 形面未紧密接触, 管座直段在介质冲击作用下发生
度套管发生开裂, 开裂温度套管的宏观形貌如图 2 振动, 最终使温度管座根部发生疲劳断裂。
所示, 可见裂纹位于焊缝与母管熔合线附近, 主蒸汽 2.5 管系布置

母管材料为 A335P91钢, 壁厚为47mm ; 温度套管 机炉外管往往没有设计图纸, 施工单位在施工
材料为1Cr18Ni9Ti钢, 结构形式为温度套管直接 过程中因地制宜进行布置, 但如果布置不当造成热
埋入主蒸汽管道中, 且为未焊透结构。该温度套管 膨胀受阻、 支吊架调整不到位, 会使管座产生拘束应
的结构为直埋式未焊透结构, 焊缝根部应力集中程 力, 并引发开裂。
度较大, 焊缝根部坡口角度较小, 焊接时摆丝困难, 2.6 加工工艺
温度管座变径处存在退刀槽和截面突变, 没有
进行圆滑过渡, 存在应力集中, 容易导致该部位发生
泄漏。

3 综合优化

3.1 管座结构
温度管座按结构形式分为直埋式、 管座式和螺
图2 某开裂温度套管的宏观形貌 纹 式( 见图 3~5 )。 直埋式温度管座是将管座直接

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