热力管道补偿器膨胀节失效原因分析.pdf

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山车电力故
SHANDONG DIANLI JISHU
2004年第3期(总第137期)
热力管道补偿器膨胀节失效原因分析
Analysis in the Failure Reason of Compensator Expansis joints of Heat Power Consuit
洪景,赵永宁
(山东电力研究院,山东济南25000)
摘要:通过对失效的补偿器膨胀节进行宏观检验和金相分析,认为补偿器膨胀节失效原因为应力腐蚀引起的损坏。探讨
了腐蚀损坏的机理,并提出了相应的防护对策。
关键词:膨胀节;失效;应力腐蚀
Abstract: Through marcotest and metallographic analysis on the failure of expansion joints, the failure reason is stress corrosion
craking. The corrosion mechanism and different effective protection measures are put forward
Key words: expansion joints failure stress corrosion craking
中图分类号:TK223.3
文献标识码:B
文章编号:1007-9904(2004)03-0059-03
1热力管道补偿器膨胀节的使用概况
边缘裂纹横断面进行微观形貌观察,结果如图4所
示,裂纹横断面为脆性断口形貌,可观察到沿晶界
膨胀节是热电厂热力管道中管道位移补偿的分布的微裂纹,裂纹内有腐蚀产物。用 NOPAN能
重要部件,膨胀节的失效不仅会造成热电厂停产,谱仪分别对基体和腐蚀产物进行分析,结果如表1
同时也威胁生产人员的生命安全。它是决定管道所示,由表1可知,基体成份为TP304钢的正常成
安全运行的重要因素。山东某电厂热力管道位移份范围,腐蚀产物中存在对TP304钢较敏感的腐
补偿器为波纹管式膨胀节,材质为TP304,工作介蚀性元素氯和硫,其含量分别为CL:24.46%;S:
质为水蒸气,工作温度为80~250℃,工作压力为
1.0-2.5Mpa。于2003年8月在试运行过程中发
生爆破,失效前累计运行约100小时,损坏的膨胀
节宏观形貌如图1所示。
2试验项目和结果
2.1宏观形貌检验
补偿器膨胀节爆口位于波纹管波峰处,爆口
边缘管壁有肉眼可见的细小裂纹,裂纹呈树枝状,
爆口附近管壁有大量的腐蚀斑点和腐蚀裂纹。从
图1、失效彭胀节宏观形貌
失效膨胀节的宏观形貌看,具有应力腐蚀断裂的
特点
2.2金相检验
在爆口边缘取金相试样,用王水作为腐蚀剂,
在Mef-2金相显微镜下观察,爆口边缘裂纹处组
织为奥氏体,可见到李晶亚结构,沿晶界有大量呈
树枝状分布的微裂纹,裂纹内有腐蚀产物(见图
远离裂纹处组织为P304钢正常的奥氏体组
织(见图3)。
用 AMRAY1830扫描电镜对失效膨胀节爆口
图2、爆口边缘裂纹处组织400x
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山东电力枝本
2004年第3期(总第137期)
SHANDONG DIANLI JISHU
ANRA
图3、远离裂纹处组织400
图4、裂纹横断面扫描电镜照片300x
表1 NOPAN能谱伩对失效膨胀节断裂面基体和腐蚀产物成份分析结果成型及焊接过程中产生的残余应力;b:
Wtso
工作内压及自重产生的一次薄膜应力;
序号视场位置
GrN?Sasc;受热膨胀产生的二次应力;d:管道振
基体69.8723.374.681.70.31
动、温差、内压波动及开停机引起的交变
2裂纹断面23.702.530.65.187,.4824.4611.60应力:e:安装误差及预变形造成的装配
Cca10.56K:7.04Mg:6.80/应力。由于上述应力存在,使膨胀节处于
弹性工作状态之下,波纹管的波峰和波
11.6%。
谷承受很大的拉应力,为应力腐蚀的产生提供了拉
3试验结果分析及讨论
应力条件。正是上述应力作用的结果,使波纹管波
峰和波谷处引起金属晶格扭曲,降低了该处的电极
3.1试验结果分析
电位,当有腐蚀性电解质存在时,该处就成为腐蚀
由宏观检验结果,失效膨胀节爆口附近存在大性徴电池的阳极,进而造成局部腐蚀。这一点可从
量腐蚀斑点和腐蚀裂纹,说明膨胀节在爆破前运行失效的膨胀节的宏观形貌中波峰和波谷处出现大
环境中有腐蚀介质存在,使其受到严重腐蚀。爆口量的腐蚀斑点和腐蚀裂纹得到证实。
位于膨胀节波纹管的波峰处,从膨胀节的制造和使
在通常情况下,TP304钢由于其成份中含有
用过程的受力分析可知,此处为应力集中部位。结Cr、N、Mo等钝化元素,能在表面形成极薄的钝化
合金相分析结果,爆口边缘组织中存在大量沿晶界膜,在大气和潮湿环境中有很好的耐腐蚀性能。当
呈分布的树枝状裂纹,裂纹内的腐蚀产物中含有对环境中有CI和S2-时,由于Cl-和2具有很强的
TP304钢较敏感的腐蚀性元素氯和硫,上述因素是腐蚀穿透性,能破坏钢表面钝化膜的完整性,在膜
应力腐蚀断裂的微观形貌特征和引起应力腐蚀断损坏处形成膜一孔腐蚀电池,当C和s3同时存
裂所需的环境条件,因此可以推断膨胀节失效的直在时它们对腐蚀反应具有相互促进作用,反应式如
接原因为腐蚀介质和应力共同作用的结果,即应力下:
腐蚀引起的损坏。
Fe +2 Cl+2H-- Fech +H
3.2失效机理探讨
Fecl2 +H2S--FES+2 CL-+2H-
山东某电厂热力管道膨胀节材质为TP304
资料表明2,TP304钢在温度高于40℃时氯化
奥氏体不锈钢,在较低温度下,TP304钢发生应力物浓度仅几个ppm就能引起应力腐蚀开裂,从能
腐蚀损坏的条件为:存在拉应力和有腐蚀性环谱分析结果(表1)可知,爆口附近膨胀节波纹管端
境
面中氯元素和硫元素含量已达到24.4%和
从膨胀节的结构和工作特点看,有如下几种因116%,相等于244pm和116pm,而膨胀节的工
素可成为引起应力腐蚀损坏的应力来源a:加工作温度在80-120℃之间,(下转第68页)