125MW汽轮机高压导汽管疏水管道断裂原因分析

奥利军

陕西北元化工集团股份有限公司陕西榆林719319

摘要：本文介绍了某125MW汽轮机高压导汽管疏水管道断裂的基本情况，并从管道型号、管材、焊缝、断口等多方面分析了管道断裂的原因，并从管道焊接的方式以及管道转接头的结构形式方面提出了针对性的改进建议。

关键词：管道；断裂；焊接

前言

某125MW汽轮机型号为C125－8.83/1.0型汽轮机为高压双缸双排汽、冲动单抽直接空冷凝汽式汽轮机，具有一级调整抽汽。有2个高压主汽调节阀，布置在汽轮机两侧，每个高压主汽调节阀由1个主汽阀和2个调节阀组成，调节阀和主汽阀在阀壳内呈一字形布置，结构紧凑。主汽阀配合直径均为￠245，4个调节阀的配合直径均为￠165。调节阀流出的蒸汽分别由四根￠273×25的主蒸汽导管引入高压汽缸前部，汽缸与主蒸汽导管用刚性法兰连接。管道的热膨胀由弯管部分补偿，材质为12Cr1MoVG。主蒸汽导管疏水管的水平段设计从前后两根导汽管上的管接座大小头伸出，经过一小段弯管后，两根直管直接对接，两路汇成一路。

高压导汽管疏水布置图

1疏水管道断裂情况概述

某电厂3号机组功率112MW时，汽轮机高压缸主蒸汽导汽管处突然大力蒸汽泄露，无法实施在线隔离，汽轮机打闸停机。停机检查发现高压下导汽管疏水接管座大小头变径处发生断裂，疏水管大小头及接管材质均为12Cr1MoV，焊缝为对接型式。

高导管疏水管管接座大小头变径处断裂情况

2管道断裂原因分析

2.1疏水管道型号分析

根据《发电厂汽水管道应力计算技术规程》，对于外径与内径之比小于或等于1.7的管道，在设计压力和设计温度下所需的管子最小壁厚按如下公式计算：

钢材在设计温度下的许用应力（MPa），取87MPa；Y—修正系数，取0.4；η—许用应力修正系数，无缝钢管取1.0；α—有腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度（mm），一般蒸汽管道和水管道可不计腐蚀和磨损的影响，这里取0。

考虑管道偏差影响，管道承压的计算壁厚为：

式中：SC—管道的计算壁厚（mm）；c—管子壁厚负偏差的附加值（mm），对于热轧无缝钢管，管子壁厚负偏差的附加值按如下计算：

本机导汽管压力为8.83MPa，设计时压力取10MPa，温度为535℃，计算得壁厚为2.96mm就能满足管道承压要求。而现场使用的选用DN20，壁厚为3mm，满足要求。

2.2断口分析

对断裂扣现场检查发现，焊缝处断裂后断口两侧并未发生大的侧移，用手推也可以发生一定的位移，由此可见从侧向对管接座产生的力并不是很大，不存在强制对口的情况。在断口上发现了典型的疲劳断裂特征，对其进行放大可见断口早期相互摩擦形成较为光亮的脊线，对脊线区域进一步检查，可见在脊线附近相互挤压形成表面粗糙的台阶，在裂纹源附近发现早期的疲劳条带，从断口表面可以发现典型的疲劳裂纹扩展特征。

断口型貌

2.3断裂原因分析

高压导汽管疏水管的直管段设计为直接汇合连接，是分别从前后两根高导管上的管接座大小头伸出，经过一小段弯管后，两根直管直接对接，两路汇成一路。这种管系布置会导致疏水管水平段具有较大的刚性，在热态时可能导致膨胀受限，从而传递较大的力给两侧接管座。

从断口宏观形貌可以明显看出圆环中间最为凹凸不平，为最终断裂区域。圆环上下区域裂纹扩散痕迹则较为复杂，既有非常明显的径向放射状台阶，又有轻微的环向的贝纹线，可知在运行过程处于受膨胀力矩、管道振动等复杂的应力状态。断口氧化时间较长，说明裂纹形成扩展的时间比较久，不排除管座有受伤或质量问题。

综上所述高压缸导汽管泄露的原因主要有以下几个方面：（1）管座有受伤及质量问题促进了该处的应力集中，导致该处发生断裂。（2）由两根高导管引出的疏水管水平直管直接连接，造成膨胀受阻，使得热态时管接座处力矩较大造成管道断裂。

3改进措施

（1）对疏水管水平段管系增加U型膨胀弯，使水平管段具有一定的柔性吸收应力。

改进后的疏水管布置图

（2）建议对其它机组所有高压导汽管疏水管道进行检查，以确定是否也存在裂纹。

（3）建议加强在机组日常运行时加强现场巡检，及早发现泄漏缺陷，及时安排处理，防止因泄漏造成人身受伤事故。

参考文献：

[1]发电厂汽水管道应力计算技术规程：DLT5054-2016[S]

[2]能源部电站焊接标准化技术委员会.火力发电厂焊接篇：DL5007—92[S].北京：水利电力出版社，1992

[3]汽轮机组技术手册.中国电力出版社