某热电联产机组波纹膨胀节裂纹分析.pdf

ょ方機
2016年9月
DONGFANG TURBINE
Sep.,2016
DO1:10.138(08/. cnki issni674-9987.2016.03.010
某热电联产机组波纹膨胀节裂纹分析
杨明,范华,翟栋,徐永锋,高振桓
(东方汽轮机有限公司长寿命高温材料国家重点实验室,四川德阳,618000)
摘要:某电厂600MW抽气型熬电联产机纽波膨朦节在运行约10000h后,低压导气管波纹膨胀节第一节工作波发
生波纹管破裂。文?道过对波纹管的奥氏体不锈钢材料性能、组织結构、断ロ形貌以及机组振动等方而子以分析,发现波
纹管为疲劳裂纹扩展破裂失效。导气管振动是引起波纹管发生失效破裂的主要原因,其次波纹管的材料冷作硬化是波纹管
局部破口的直接原因。通过对波纹管破裂的机制和原因分析,从而为该型机组波纹管的寿命延长提了出有益的改进措施
关键词:热电联产,不钢,波纹管,疫劳嘶口,振动
中图分类号:1K625
文献标识码:A
文章编号:1674-9987(2016)03-10042-04
Crack Analysis of Corrugation Expansion Joint of A
Cogeneration Unit
Yang Ming, Fan Hua, Whai Dong, Xu Yongfeng, Gao /menhuan
State Key Laboratory of Long-life High Temperature Materials, Dong Turine Co. Ltd. Deyang Sichuan, 618000)
Abstract: After a 600 MW extraction type cogeneration unit running 10000 h, he first quarter wave of low pressure corrugated tube
has occurred fracture accidents. This article analyzes material perormance, organizational structure, fracture morphology for the co
rugated of austenitic stainless steel as well as the vibration test, experiments demonstrate that corrugated
crac
om s
peak as fatigue crack initiation. Vibration is one of the main cause of the fatigue, the immediate cause is material cold work hardenin
of the corrugated pipe. Ty analyzing the fatigue mechanism, improvement measures are putted forward for promoting the life of corru
gated pipe
Key words: cogeneration, stainless steel, corrugated pipe, fatigue fracture, vibration
的机组位移,而在构件上设置的一种能够自出仲
缩的位移补偿挠性结构,是一般采用薄壁板材制
成的具有一定弹性的波形构件。自被设计使用以
汽轮机组波纹膨胀节为补偿因连接件间温差来,已在化工、治金、电力、石油等行业广泛使
的热应力及机组机械振动引起的附加应力等引起用。考虑不同的操作工况和应力补偿要求,波纹
作者简介:杨明(1984-),男,硕十,工程师,2011年毕业于合肥工业大学材料学专业,现主要从事能源透平耐热合金材料研究工作
万方数据
3期
象方沈翰機
N
2016年9月
DONGFANG TURBINE
Sep.2016
管波形有多种形式,最为常见的为U型波,C型、失效的主要原因。有关试验取样方案如图2所示。
2型、矩形、S型等也较为常用。波纹管的可靠性
是通过设计、制造、安装、运行管理等多个环节
金相假
来保证的,任何一个环节的失控都会导致补偿器
寿命降低甚至失效。其失效形式主要有:腐蚀和
共振引起的断裂、波纹失稳疲劳破裂、设计结构
不合理导致的破裂、原材料或制造缺陷引起的破
裂等2。
此机组为国内首台超临界600等级抽气「は
晶间腐蚀取样1
晶闫腐蚀取样2
式热电联产汽轮机组,机组累计运行时间超过
10000h,发生低压导气管膨胀节波纹管破裂。机
组波纹管设计抽气压力0.3~1.5MPa,最大抽气功
率达900h,中压出口蒸汽温度为380C。机组波
图2破裂波纹管失效分析取样示意图
纹管破裂失效现场如图1所示
2试验结果及分析
2.1波纹管材料测试结果及分析
波纹管材料化学成分、拉伸性能、IⅣ硬度等
测试结果显示,波纹管材料符合有关奥氏体不锈
钊材料国家规范要求。拉伸性能及IV硬度结某如
表1所示,测试结果显示,材料的屈服强度及硬
?1失效波纹管现场及破∏形貌照片
度指标远高于相关材料国家规范要求。该波纹管
采用模具液压冷塑成型,此类奧氏体不锈板材
1裂纹原因分析方案
料塑性成型极易发生冷作硬化,致使材料屈服强
度及硬度提高?。同时材料在380℃高温下,长
对波纹管表面仔细观察分析,波纹管板材完时运行超过10000h,材料发生老化,组织中析出
整光滑,无应力腐蚀坑孔发现。为发现确认波纹细小的第二相颗粒,使得材料的强度和硬度升高
管破裂的主要原因,以及制定相应措施合理避免(见表2),材料戦韧性降低,脆性增加,材料发生
波纹管破裂的类似事故,对波纹管进一步全面解脆性断裂倾向增强。
洶分析,主要试验和分析方案如下
表1波纹管化学成分试验结果
(1)分析波纹管材料的化学成分、室温拉仲
试验项日
试验、硬度试验;
材试编号
M
(2)分析波纹管板材轧制方向和垂直于轧制
0.0170.501.240.0130.0028
方向的显微组织:非金属夹杂物含量、品粒度、
试验项目
材试编
品问腐蚀试验、金相组织、波纹管壁厚尺寸检查
No
Ni
试样
16.802.1210.37
0.002
(3)对波纹管构件固有振动频率测试及机
表2波纹管力学性能试验结果
停机前振动频率的实时监测分析;
Rpu: (Mpa)R(Mpa)A(9)Z( $)
Hy
(4)?断口进一步清洁处理,尝试观察断口
237238248
形貌特征,构建断裂力学模型,推究导致波纹管
万方数据