浙江钱清发电有限责任公司
前言：本文结合公司#1、#2机组管道安装情况，对管道设计、安装存在的不足可能导致的失效类型进行了分析，提出了解决失效隐患的改进措施。
1. 蒸汽管道的高温蠕变疲劳损坏。主要发生在蒸汽温度高于480摄氏度的主蒸汽管道、再热热段蒸汽管道及一些高温的承压部件如：异种钢焊缝、弯头、阀门、三通等部件，由于存在较高的热应力而容易因蠕变疲劳提前失效。这些部件的使用寿命主要由材料的高温蠕变强度及部件承受的应力所决定。 2. 管道过载荷引起的损坏。如果实际载荷超过了计算假设的热负荷、静力学和动力学数据，则发生了过载荷行为。原因可能有： 1) 调节装置失灵。
2) 冷却水管道、喷水管道及阀门尺寸选择错误。
3) 水击、凝结水冲击。如管道水击或汽锤引起管道的变形、断裂损坏。此种损坏现象主要发生在管道投运时疏水不尽所致。我公司对外供热母管曾经发生一起水击，导致多处管道脱离支架。长兴发电有限责任公司＃2炉再热热段管道在冲管时发生水击现象，导致管道多处变形，吊架损坏。 4) 压力冲击
5) 形状错误或不佳，尤其是承受蠕变应力的部件
6) 负荷过渡方式错误
7) 封闭的介质液体受热
8) 支吊错误或失灵
9) 材料错误
3. 管道振动引起的损坏。振动可引起断裂或摩擦部位的管道断裂。引起管道振动的原因主要与管道及支吊系统的设计维护有关。
4. 管道及接管座的热疲劳损坏，包括母管管孔处的热疲劳裂纹。主要发生在喷水减温器、喷水减温减
压阀及喷水阀后管道及存在滞留蒸汽管道的管孔及接管座上，热疲劳裂纹产生的机理如下：蒸汽管道支管中存在滞留而引起水滴落在该管壁上的情况时，由于水和蒸汽间存在着巨大的温度差，介质接触表面产生很高的表面应力，引起管道内壁形成网状（或放射状）裂纹，如图1（北仑电厂再热热段至低旁暖管管道角焊缝上裂缝）和图2（某电厂再热器微量喷水减温器后管道内壁网状裂纹）所示。蒸汽的过热度越高，出现冲击裂纹的危险就越大。在很长的管道上加保温层并不能组织凝结水的产生，这样做只能使凝结水量少一点而已。此种损坏现象最多，大多由于设计考虑欠妥及安装失误引起。
裂纹
图1 北仑电厂再热热段至低旁暖管管道角焊缝上裂缝
图2 某电厂再热器微量喷水减温器后管道内壁裂纹
5. 管道的冲刷、气蚀，壁厚减薄引起泄漏。对有汽水两相流的管道，壁厚因冲刷减薄现象非常严重，如高
加疏水、给水泵再循环管道等。图3所示为＃2炉连排疏水扩容器进口疏水管弯管处因汽水冲刷引起壁厚减薄的宏观照片。
图3 ＃2炉连排疏水扩容器进口疏水管弯头冲蚀照片
6. 管道的腐蚀。除输送酸、碱等化学腐蚀性介质的管道外，容易腐蚀的管道主要为冷却水管道，因内部使
用未经处理的生水引起的有氧腐蚀。疏水不畅的压缩空气管道内壁也经常发生腐蚀损坏。
7. 机械损伤。如管道外壁的砸伤、电弧灼伤等引起管道有效壁厚减薄及可能引起应力集中而导致设备提前
失效。
8. 管道内部固体物质在设备部件上的粘结或沉积。主要发生在灰浆管道、石膏乳剂管道上面。
以上这些影响因素单独或共同地作用于整个管道系统上，就使管道提前失效。
二、按以上8种类型的管道损坏结合我公司管道实际设计安装情况，对管道失效隐患进行了以下分析：
减温减压装置技术要求1．存在高温蠕变疲劳损坏的管道设备主要有：主蒸汽管道及再热热段管道、焊缝、各集汽联箱及导汽
管弯头、高温高压阀门（包括电动主汽阀、自动主汽阀、中联门等）、热电偶管座等。其中最易提前失效部位弯头背弧部位。尤其弯管的蠕变疲劳裂纹最危险，从开始发现蒸汽泄漏到管道断裂的时间非常短，常常导致事故的发生。
1.1 对此类缺陷的预防措施只能是定期无损探伤及金相检查，以期通过金属组织变化及探伤结果对管道进行寿命评估，及早更换。
1.2热电偶接管座的蠕变失效现象也是非常多的，公开发表的文献记载有：江西贵溪发电厂#1机组主蒸汽管道两处热电偶管座角焊缝运行中断裂，机组运行小时数分别为49548小时和69668小时『2』；宁夏青铜峡大坝发电厂#4机组汽机侧主汽管热电偶管座角焊缝在运行过程中断裂『3』；宁夏石嘴山电厂＃7、8、9炉在1994年3月30日～1994年11月26日，共发生测温热电偶套管磨损断裂事故6次『4』。
以上三起事故从泄漏到管座飞出时间很短，只能事故停炉处理。
1.3预防对策：对热电偶管座的焊接质量要严格把关，使接管座材料与母管两者的蠕变强度尽量相一致，并执行严格的焊接热处理制度，降低焊接残余应力；热电偶外套与母管开孔内径要贴实，避免蒸汽冲刷及蒸汽涡流引起管座根部附加的弯曲应力，导致角焊缝提前失效；热电偶插入管内长度在保证测量准确度的前提下尽可能短，降低热电偶根部因汽流冲刷引起的弯曲应力。
2. 管道过载荷引起的损坏。对常见的几种管道过载损坏及隐患分析如下：
2.1有可能引起管道水击或汽锤引起管道的变形、断裂损坏：
所有蒸汽管道如疏水未尽时就开大进汽阀都会导致此类损坏，如对外供热管道水击故障，这属于运行操作问题，这里不展开讨论。以下结合公司安装的两路蒸汽管道对水击隐患进行分析。图3所示是＃1、2炉空预器吹灰蒸汽联络管靠＃1炉侧的一个U形弯管，其设计目的是利用弯管处的柔性补偿管道的热膨胀，在吹灰器停用时，管内蒸汽就会因向外传热而导致汽温降低形成凝结水，凝结水因重力作用聚集于U形管下部，因无疏水装置，不能进行有效疏水，在投用吹灰器时，就会产生水击导致管道的损坏。图4为管道支架膨胀螺栓拉开的现场照片。
图3 ＃1、2炉空预器吹灰蒸汽联络管
图4 ＃1、2炉空预器吹灰蒸汽联络管支架损坏
图5所示管道为＃2炉脱硫密封风加热器蒸汽管道（图中红箭头所指管道），从＃2炉暖风汽蒸汽母管引出管至加热器进口，全长200多米，却没有设计一路疏水装置。在管道投用时，不可能进行有效的疏水，对管道的安全运行是一大隐患。
图5 ＃2炉脱硫密封风加热蒸汽管
水管道在隔离阀门快速关闭的状态下也会发生相类似的损坏。如我公司＃1机组2002年因凝结水调节阀阀芯跌落，导致凝结水调节阀后管道发生水击，管道大幅晃动并拉断了凝结水至除氧器逆止阀后疏
水管，并差点使＃1机组强迫停运的严重后果。
2.2材料错误：材料错误包括错用钢材、设计强度不足、部件结构不良等。
2.2.1对材料错误，也就是我们常说的错用钢材。对于承受高压高温的部件，由于钢材在高温下强度下降非常厉害，如错用钢材，就相当于材料在超温状态下运行，使用寿命非常短。我公司＃2机组汽机本体疏水系统在基建阶段发生过非常严重的错用钢材情况，典型的例子就是＃2机高压导汽管疏水管因错用钢材导致的爆漏。预防措施：对使用合金钢材料的部件（包括焊缝）在安装前及安装完毕后一定要进行光谱材质
复核，确保用材正确。如需使用代用材料的，必须经审批程序审批同意。
2.2.2设计强度不足，典型的例子是上汽厂高导管疏水管的设计，在设计时并没按管道可能承受的最高温度（540摄氏度）下的计算应力设计，导致疏水管壁厚偏小，尤其是弯管部位，不能满足实际使用要求。在疏水阀不能关闭严密的情况下，因管内蒸汽处于流动状态，疏水管内的介质参数同主蒸汽参数相近，已经有好几家上汽厂生产的125MW机组在此部位爆管。我公司＃1、2机组原设计也是如此，现在经过改造，已经消除了此爆破隐患。但相类似的设计强度不足问题应引起有关工程技术人员的注意，制造厂设计的并非就是可靠的，对承压部件的强度校核工作是必须要做的，尤其是我们自己在采用代用材料时，一定要进行强度计算。
2..2.3形状错误或不佳
因形状错误或不佳引起的管道损坏情况非常普遍。在管道安装中，施工人员对形状错误而导致的高度应力集中不了解，同时由于此类缺陷导致的损坏常常是疲劳损坏，并非短期就会发生损坏，所以往往是到了部件损坏后查原因时才会引起重视。如承受高压的小口径三通应采用有加强壁厚的锻制三通，可实际安装施工时往往是现场母管开孔焊接，由于此种焊接方法很难达到根部全焊透，所以根部存在严重的应力集中，且在应力较高的三通肩部没有进行壁厚加强，所以此类三通极其容易损坏，尤其在承受高压的同时处于高温环境时。图6所示为＃1机组＃12高加注水阀三通就是一个明显的例子。同样的此种结构不良的焊制三通还有＃1、2机组电动主汽门前疏水三通、一级旁路电动隔离阀前后疏水三通、＃2炉炉顶放空气管三通（＃1炉炉顶放空气管三通已更换成锻制三通）等。对此类结构不良的部件，应及早进行更换。
图6 #1机#12高加注水阀及疏水管路
2.2.4 还有另外一种管道错误布置引起的损坏，如图7所示为＃1机组向外供热母管疏水管道，管道在穿水泥楼板处没有采用套管，且疏水管被水泥与楼板浇注为一体，疏水管无法随主管一起自由膨胀，在疏水管接管座部位承受着应膨胀受阻引起的弯曲应力，容易提前失效。在本公司，类似的穿楼板部位管道被水泥浇死现象还有很多。解决办法是管道穿楼板或墙时，一定要加装套管，另外对支管应有一段与主管平行的直管，并采用管夹将主管与支管固定在一起，使支管能与主管膨胀一致，如图8所示，这样不但消除了因膨胀受阻产生的弯曲应力，还可以避免主管发生振动时引起的支管断裂隐患。
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