#3机组主蒸汽管道温度套管开裂原因分析及处理措施

李勇

摘  要：通过分析蒸汽管道温度套管开裂的原因，提出了可靠的处理措施，以期为类似隐患部位提供检查和处理方案。

关键词：蒸汽管道;温度套管;焊缝;单面角焊

中图分类号：TG441.7             文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.151

1  事件详情

在2011-07-29T18：00的运行巡检中发现，#3机汽机房0 m主蒸汽管道保温层部内有滴水现象，拆除保温层后发现，温度套管根部焊缝处存在裂纹，立即停机处理。#3机组在2007-03-19投运，2011-08-03因主蒸汽母管温度套管焊口开裂被迫停运，累计运行约 33 545.27 h。

2  原因分析

2.1  结构因素

因温度测点套管为锥体，主汽管开孔的接触面厚15 mm，导致该焊缝形式为单面角焊，焊缝结构为不焊透结构，且因坡口角度较小，焊接时焊条难以摆动，极易产生焊层未融合或坡口黏合，进而在振动应力的作用下导致缺陷开裂。

因温度测点伸入管内部分为锥状，在焊缝根部形成尖角，造成应力集中，这是降低焊接接头疲劳强度的主要原因，裂纹会在机组长期运行的过程中扩展，进而导致焊缝开裂。

2.2  焊接应力作用

套管座焊缝形成后，构成一个封闭回路，称为“封闭焊缝”。封闭焊缝是在较大的限制下焊接的，因此，内应力比自由状态时更大。切向应力σq会在焊缝附近时达到最大，即拉应力，并会由焊缝向外侧逐渐下降为压应力。如果由焊缝向中心作用，则σq会形成均匀值。

2.3  角焊缝的影响

在各种焊接结构中，角焊缝造成的应力集中是最严重的。在出现裂纹的接管座中，温度测点套管与蒸汽管道或导汽管直接角焊相连，由于管道内的高温、高压蒸汽具有介质作用力和存在介质流动现象，导致套管产生一定的振动，进而产生振动应力，使接管座中原先就存在应力集中的角焊缝更易产生疲劳开裂，甚至延伸至整圈，并由内向外裂至焊缝外表面。

2.4  异种钢焊接

主蒸汽母管管材为P91，温度套管材质为1Cr18Ni9Ti。上述2种材料之间的焊接属异种钢焊接。1Cr18Ni9Ti（热电偶套管）属于“A”类材质，P91（主汽管）属于“M”类材质，按照《火力发电厂异种钢焊接技术规程》（DL/T 752—2001），其焊接属于“AM”组异种钢焊接，应选用镍基材质的焊丝或焊条，采用氩弧焊打底，焊前应预热，并按P91材料焊接工艺进行焊后热处理。厂家实际施焊选用了A302焊条，即Cr23Ni13不锈钢，导致原始焊接工艺焊材选用不当。

焊缝填充金属的线膨胀系数与管座的线膨胀系数基本相同，但与主管材P91的线膨胀系数差别较大，是P91材质的1.4倍。高温运行时，在主汽管侧熔合线两侧的焊缝和母材的线膨胀系数差别过大，导致热变形不一致，进而在焊缝界面处产生了较大的热应力，且无法采用焊后热处理的方法消除。更严重的是，在运行过程中，由于温度变化和启停的热循环作用，在接头界面产生了附加热应力，随着热循环次数的增加，热应力的变化将加剧接头的热疲劳破坏，导致裂纹产生并快速扩展，这是引起开裂的根本原因。

2.5  奥氏体钢与马氏体组织钢焊接的影响

奥氏体钢与马氏体组织钢焊接时，根据舍夫勒·德龙的组织图，由于化学成分和金相组织方面存在差异，选择与任何一侧成分相近的焊接材料焊接，均会在非奥氏体钢熔合线附近形成较宽的脆化过渡层，这大大降低了接头的抗裂性能。同时，奥氏体焊缝紧邻熔合线处存在一条较窄的低塑性带，通常称为“熔合区脆化交界层”，宽度约为0.2～0.6 mm，其化学成分和组织不同于焊缝的其他部分，且会降低冲击韧性。

2.6  #3机组工况变化的影响

2011-07-25T16：34，平西5312线跳闸，#3机组切除AGC，调度令#3机组负荷由605 MW快速降至400 MW;2011-07-25T16：54，#3机组负荷降至400 MW，且保持稳定;2011-07-25T17：12，平西5312线恢复运行，调度令#3机组负荷由400 MW快速升至605 MW;2011-07-25T17：56，#3机组负荷为605 MW，且保持稳定。

2011-07-27T16：47，NCS画面显示500 kV5312线跳闸，功率为0;2011-07-27T16：50，5302线跳闸，功率为0.此时，只有5303线保持运行，但严重过载，调度令立即切除#3机组AGC，快速降低负荷。2011-07-27T16：52，调度令拍停#3机组;复令后，2011-07-27T16：53拍停#3机组;2011-07-27T22：25，#3机组再次并网，并网前汽机打闸一次。

2011-07-29T18：00的运行巡检中发现，#3机组汽机房0 m主蒸汽管道保温层部内有滴水现象。从时间上推算，#3机组主蒸汽母管温度套管泄漏与此前机组负荷大幅波动、调度要求快速拍停和启机有直接联系。

2.7  检测困难

因管座焊缝缺陷处于坡口结构和裂纹的产生源，导致检测困难。理论上，超声波可探测内部融合线缺陷，磁粉可探测近表面和表面开口缺陷，渗透可探测表面开口缺陷，但在实际中，上述方法都只能有效检测表面开口缺陷，内部缺陷探测困难，且管座焊缝缺陷难以控制，不易彻底消除。因此，上述情况在多数电厂中普遍存在，只能通过加强检测或更换设备缓解此问题。

3  处理措施

具体的处理措施分为以下4步：①检查了#3机组的主蒸管道、高压旁路、热再热蒸汽管道中的所有温度套管，除泄漏温度套管外，发现主蒸汽母管上还有一处裂纹。因此，采用T91材质温度套管替换了原先的套管。主蒸汽支管上共有6只温度套管存在裂纹。因此，严按照按热处理工艺处理打磨了全部焊缝，并选择了镍基焊条焊接。在下次检修中，应更换T91材质的温度套管，并将焊接坡口扩大至45°。②订做专用关卡并择机安装，防止主蒸汽支管温度套管泄漏飞出。③依次反馈#1、#2、#3和#4机组的停机检修时间，检查、评估汽水管路上的温度套管，尤其是#1、#2机组汽水管路上的温度套管运行已超过1.0×105 h，应研究是否全部更换。④在正常运行和启停机期间，应避免主汽温度大幅波动，温度变化应控制在规程允许的范围之内。

参考文献

[1]杨富.新型耐热钢焊接[M].北京：中国电力出版社，2006.

〔编辑：张思楠〕

# 3 Unit Casing Main Steam Pipe Temperature Cracking Analysis and Treatment Measures

Li Yong

Abstract： By analyzing the temperature of the steam pipe casing cracking reasons put forward a reliable treatment measures， in order to provide checks and processing solutions for similar hazard area.

Key words： steam pipe; thermowell; weld; one-sided fillet weld