浅析电站锅炉的主蒸汽管阀门开裂案例

郑国润

摘要：电站锅炉主蒸汽管与高温过热器集箱连接的阀门处由于管道的结构原因引起大量的龟裂状裂纹，造成阀门处的穿透泄漏，严重影响锅炉的安全运行。本文重点分析了造成腐蚀性热疲劳裂纹的原因和防范措施。

关键词：主蒸汽管道  腐蚀性热疲劳裂纹  冷凝水

一、锅炉的安全隐患情况

某公司一台型号为WGC65-3.82/16的电站锅炉于1992年01月制造，1992年12月投入使用，额定蒸发量为65t/h，额定出口蒸汽压力为3.82MPa，额定温度为450℃，燃料为蔗渣;在内部检验时发现该锅炉存在以下安全隐患：

1、高温过热器进口集箱的集箱底部和管口区都存在放射性的裂纹;

2、高温过热器出口集箱的集箱底部和管口区存在放射性的裂纹（如图1所示）;

3、主蒸汽阀门底部存在放射性的裂纹（如图2所示）;

4、与主蒸汽阀门连接的主蒸汽管道处法兰存在放射性的裂纹（如图3所示）;

二、问题原因及风险分析

（一）问题原因

1、集箱本體金属经理化检验，显微组织正常，非金属夹杂物也符合要求，集箱的材质没有问题，法兰的材质也符合相关标准要求;解剖主蒸汽阀门与过热器集箱和主蒸汽管道处的裂纹，经酸洗观察内表面明显可见裂缝呈放射状扩展，连接阀门的两端的法兰处金属表面呈龟裂形状。

2、对该锅炉的高温过热器出口集箱的裂纹处的筒体进行了金相分析发现，该筒体的材质正常，显微镜观察基体组织正常，铁素体+珠光体、晶粒度清晰，裂缝周围金相组织未明显变化，裂缝平直无分叉，从内向外星穿晶分布，裂缝宽粗，末端圆钝，该集箱裂纹大量集中在过热器出口集箱末端，即集箱与阀门的连接处，金相图可以看出材质并没有发现球化的现象，该处的裂纹为沿晶裂纹;

3、裂缝区域共同特点：

（1）裂缝区均位于紧靠过热器出口管口端;

（2）五处裂纹均发生在集箱或者法兰和阀门的底部内表面区域;

（3）裂纹均起源于应力集中及凹陷处。

4、主蒸汽管的走向如下图：

如图所示，主蒸汽管道在弯头的地方存在明显的坡度约30°，弯头地方比阀门地方高出一定的坡度是造成产生缺陷的主要原因。

集箱与法兰产生腐蚀性热疲劳裂纹的主要原因是主蒸汽管在运行过程中产生的冷凝水回流到阀门处，阀门的内表面下部间断积存大量的蒸汽冷凝水，尤其在锅炉频繁启动，停机的条件下，周期变化的热应力使集箱与阀门连接处容易产生热腐蚀疲劳裂纹;在交变压力和裂纹尖端的阳极溶解过程共同作用下使裂纹粗大，末端圆钝，并不断扩展。在锅炉停运期间，此部位金属也处于潮湿介质浸蚀条件下，凹陷处及裂纹末端介质容易浓缩，特别在碱性介质的作用下也对金属起一定腐蚀作用。

热疲劳使氧化膜不断破坏，同时此处介质积存，浓缩，疲劳和腐蚀共同作用，使集箱末端和法兰，阀门连接处出现大量的龟裂状裂纹的形成。

（二）风险分析

集箱和阀门的裂纹，最终会导致锅炉蒸汽泄漏，集箱或者阀门的爆炸等严重事故，危害周围人员生命安全。

三、防范措施

该锅炉过热器进出口集箱未端产生的裂纹、阀门处产生的裂纹，都属于腐蚀性热疲劳裂纹，建议对锅炉主蒸汽管道坡度进行调整，使管道的坡度符合管道设计的要求，让阀门处不存在冷凝水的积存。

参考文献：

[1]承压设备损伤模式识别[M]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2014

[2]童有武，张孝勇.锅炉安装调试运行维护实用手册[M]北京：地震出版社，1999