疏水管過熱的問題分析

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汽動給水泵有兩路汽源。一路為從主汽管路接入高壓氣源，一路從四抽供給的低壓汽源。小機高壓汽源管道上有一疏水，小機高壓主汽閥有上下閥座疏水，尤其值得一提的是小機下閥座疏水電動閥有一旁路疏水，是采用Φ5的節(jié)流孔來保證疏水，即在任何時候可保證小機高壓汽源處于熱備用狀態(tài)。疏水管路全部接入0米Ф325的疏水聯(lián)箱上，聯(lián)箱接入高壓疏水擴容器。接入聯(lián)箱的疏水管道是對稱布置在聯(lián)箱的兩側(cè)。

2003年5月#1機組在運行中，發(fā)生0米疏水管道爆裂的問題。后將管道保溫拆除，發(fā)現(xiàn)管道為右高壓主汽閥下閥座疏水管爆裂。檢查管道從外觀看，管道漲粗，氧化嚴重，表面存在大量氧化皮，有許多龜裂紋。將臨近管道保溫拆除，發(fā)現(xiàn)左高壓主汽閥下閥座疏水管也存在此現(xiàn)象。疏水管由原Ф48mm漲粗到Ф59.32mm和Ф52.69mm（見附圖）。機組停運后，將管道割除，送金屬檢驗部門進行鑒定，檢驗部門給出的檢驗結(jié)果如下：1.主汽閥前疏水管雙彎頭處嚴重腐蝕現(xiàn)象，樣品管Ф48×10mm縱管被腐蝕僅剩10mm左右的厚殘片，橫管內(nèi)外壁均有較厚的腐蝕產(chǎn)物覆蓋；2.從化學(xué)成分和外觀來看，來樣的原始組織應(yīng)為鐵素體－珠光體，橫管明顯腐蝕樣處表面約有2mm左右的脫碳現(xiàn)象，為鐵素體，晶粒粗大，從內(nèi)壁到外壁組織變化及脫碳情況看，說明此管道至少受到900℃以上的高溫才能使管發(fā)生嚴重氧化現(xiàn)象，從管道內(nèi)壁到外壁組織變化及脫碳情況看，熱源在管外部。問題出現(xiàn)后，機組運行期間進行檢查，主汽門下閥座疏水閥較熱，認為是由于疏水閥內(nèi)漏造成管道過熱腐蝕。停機后對疏水閥和此部分疏水管更換，原使用P22（2.25Cr-1Mo）鋼材管道，是最普遍使用的合金熱強鋼，廣泛用于火電溫度低于600℃的受熱面管道，具有持久塑性好，的特點。管道由原P22更換為TP347，TP347不銹鋼管是奧氏體型不銹耐酸鋼，廣泛使用在溫度不超過850℃條件下工作，其在750-800℃空氣中，具有穩(wěn)定的抗氧化性能。但2004年8月，更換后的管道又一次出現(xiàn)漲粗、嚴重氧化的問題。P22管道屬于低合金珠光體耐熱鋼，使用狀態(tài)下的組織都是由鐵基固溶體和碳化物所組成。在高溫長期運行過程中會發(fā)生珠光體的球化和碳化物聚石墨化、合金元素在固溶體和碳化物之間的重新分配等組織變化。電廠中珠光體的嚴重球化是引起管道爆裂的重要原因。

幾次的管道漲粗爆裂使了大家的驚疑，汽機側(cè)最高參數(shù)點為主汽，其值為工作壓力16.67MPa,溫度在538℃的過熱蒸汽，如何能產(chǎn)生如此的高溫，使此兩種管材均產(chǎn)生如此現(xiàn)象。閥門內(nèi)漏流過的蒸汽溫度也就是主汽的溫度，主汽管道流動的也同樣是此汽體，主汽管也沒有此現(xiàn)象？再說疏水閥更換后，閥門已經(jīng)嚴密，不存在漏汽的問題……？針對這個問題，進行了深入的觀察和細致的研究，在現(xiàn)場觀察，與此兩管道對頭安裝的是小機高壓下閥座疏水管，由于要保證小機高壓汽源的熱備用狀態(tài)，故此疏水管道由一節(jié)流孔保證機組正常運行時有一部分蒸汽流過，它的汽源為主蒸汽?，F(xiàn)在是由于此路蒸汽應(yīng)通過疏水管進入疏水聯(lián)箱進入凝汽器，但此路蒸汽到疏擴有較大的壓差，故汽流流速是非常高的。疏水管道在機組啟動初期為汽-水兩相流,當機組正常運行時為過熱蒸汽,對于可壓縮介質(zhì)流速是較難準確計算的，但從工程上還是可以判斷的，主要是由蒸汽初參數(shù)決定的。查焓墑圖可知主蒸汽壓力16.7Mpa,溫度538℃，hg=3396.4kJ/kg，比容v1=0.01988m3/kg，蒸汽的絕熱指數(shù)k為1.3，重力加速度g為9.81m/s2,由此可計算出疏水管出口蒸汽流速為vs＝，為1852m/s，遠遠高于音速。故此部分蒸汽如此高速沖進對面的管道（主汽閥閥座疏水管）內(nèi)，在管內(nèi)流速降為0，能量（即具有1/2mv2的動能）以熱量的方式釋放出來，造成此管路超溫，即專業(yè)鑒定人員判斷的超過900℃的高溫的由來。這就是工程熱力學(xué)中蒸汽的“滯止焓”，是高溫高壓蒸汽保溫的疏水管道內(nèi)流動，我們可以認為是絕熱流動過程中，當蒸汽從小機疏水管口處流出，流速已經(jīng)非常高了，即動能非常大，當沖進對面管內(nèi)流速迅速下降，最終到“0”，所有的能量以熱量的形式釋放。這也是從現(xiàn)場具體表象，靠近聯(lián)箱管座部分過熱還不是十分嚴重，而是距管座以上二尺左右以上部分最嚴重，就是這個道理。找到問題的原因后，我們根據(jù)目前小汽輪機高壓氣源的利用率極低的特點（非特殊情況無使用，有個別電廠已經(jīng)將此路汽源拆除），將小汽輪機高壓供汽電動閥關(guān)閉，即常疏水的管路停用。經(jīng)過幾年的運行，再未出現(xiàn)疏水管路超溫的現(xiàn)象。

當氣體絕熱滯止時，速度為零。七臺河發(fā)電有限責(zé)任公司機組疏水管過熱就是這一理論的現(xiàn)場體現(xiàn)。究其發(fā)生的主要原因是設(shè)計安裝的不合理，疏水管對稱安裝在一個疏水聯(lián)箱上，造成汽流有對沖進對面管道的機會，只要這個管道改變安裝狀態(tài)，管口向著擴容器，蒸汽在擴容器內(nèi)膨脹，就不會出現(xiàn)此狀態(tài)。由于此管道長期超溫，加之多次的啟停機，管道經(jīng)受高溫蠕脹、交變應(yīng)力、氧化等共同的作用，最后導(dǎo)致破裂。（本文作者：張偉國 單位：大唐七臺河發(fā)電有限責(zé)任公司）