疏水管過(guò)熱的問(wèn)題分析

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汽動(dòng)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(jī)高壓汽源管道上有一疏水，小機(jī)高壓主汽閥有上下閥座疏水，尤其值得一提的是小機(jī)下閥座疏水電動(dòng)閥有一旁路疏水，是采用Φ5的節(jié)流孔來(lái)保證疏水，即在任何時(shí)候可保證小機(jī)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?dāng)U容器。接入聯(lián)箱的疏水管道是對(duì)稱布置在聯(lián)箱的兩側(cè)。

2003年5月#1機(jī)組在運(yùn)行中，發(fā)生0米疏水管道爆裂的問(wèn)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(yán)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(jiàn)附圖）。機(jī)組停運(yùn)后，將管道割除，送金屬檢驗(yàn)部門(mén)進(jìn)行鑒定，檢驗(yàn)部門(mén)給出的檢驗(yàn)結(jié)果如下：1.主汽閥前疏水管雙彎頭處嚴(yán)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(lái)看，來(lái)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(shuō)明此管道至少受到900℃以上的高溫才能使管發(fā)生嚴(yán)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(wèn)題出現(xiàn)后，機(jī)組運(yùn)行期間進(jìn)行檢查，主汽門(mén)下閥座疏水閥較熱，認(rèn)為是由于疏水閥內(nèi)漏造成管道過(guò)熱腐蝕。停機(jī)后對(duì)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(qiáng)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(diǎn)。管道由原P22更換為T(mén)P347，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(guò)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(yán)重氧化的問(wèn)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(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)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(yán)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(jī)側(cè)最高參數(shù)點(diǎn)為主汽，其值為工作壓力16.67MPa,溫度在538℃的過(guò)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(mén)內(nèi)漏流過(guò)的蒸汽溫度也就是主汽的溫度，主汽管道流動(dòng)的也同樣是此汽體，主汽管也沒(méi)有此現(xiàn)象？再說(shuō)疏水閥更換后，閥門(mén)已經(jīng)嚴(yán)密，不存在漏汽的問(wèn)題……？針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)行了深入的觀察和細(xì)致的研究，在現(xiàn)場(chǎng)觀察，與此兩管道對(duì)頭安裝的是小機(jī)高壓下閥座疏水管，由于要保證小機(jī)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(jī)組正常運(yùn)行時(shí)有一部分蒸汽流過(guò)，它的汽源為主蒸汽?，F(xiàn)在是由于此路蒸汽應(yīng)通過(guò)疏水管進(jìn)入疏水聯(lián)箱進(jìn)入凝汽器，但此路蒸汽到疏擴(kuò)有較大的壓差，故汽流流速是非常高的。疏水管道在機(jī)組啟動(dòng)初期為汽-水兩相流,當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)為過(guò)熱蒸汽,對(duì)于可壓縮介質(zhì)流速是較難準(zhǔn)確計(jì)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(jì)算出疏水管出口蒸汽流速為vs＝，為1852m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于音速。故此部分蒸汽如此高速?zèng)_進(jìn)對(duì)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(dòng)能）以熱量的方式釋放出來(lái)，造成此管路超溫，即專業(yè)鑒定人員判斷的超過(guò)900℃的高溫的由來(lái)。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(dòng)，我們可以認(rèn)為是絕熱流動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)蒸汽從小機(jī)疏水管口處流出，流速已經(jīng)非常高了，即動(dòng)能非常大，當(dāng)沖進(jìn)對(duì)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(chǎng)具體表象，靠近聯(lián)箱管座部分過(guò)熱還不是十分嚴(yán)重，而是距管座以上二尺左右以上部分最嚴(yán)重，就是這個(gè)道理。找到問(wèn)題的原因后，我們根據(jù)目前小汽輪機(jī)高壓氣源的利用率極低的特點(diǎn)（非特殊情況無(wú)使用，有個(gè)別電廠已經(jīng)將此路汽源拆除），將小汽輪機(jī)高壓供汽電動(dòng)閥關(guān)閉，即常疏水的管路停用。經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，再未出現(xiàn)疏水管路超溫的現(xiàn)象。

當(dāng)氣體絕熱滯止時(shí)，速度為零。七臺(tái)河發(fā)電有限責(zé)任公司機(jī)組疏水管過(guò)熱就是這一理論的現(xiàn)場(chǎng)體現(xiàn)。究其發(fā)生的主要原因是設(shè)計(jì)安裝的不合理，疏水管對(duì)稱安裝在一個(gè)疏水聯(lián)箱上，造成汽流有對(duì)沖進(jìn)對(duì)面管道的機(jī)會(huì)，只要這個(gè)管道改變安裝狀態(tài)，管口向著擴(kuò)容器，蒸汽在擴(kuò)容器內(nèi)膨脹，就不會(huì)出現(xiàn)此狀態(tài)。由于此管道長(zhǎng)期超溫，加之多次的啟停機(jī)，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(guó) 單位：大唐七臺(tái)河發(fā)電有限責(zé)任公司）