摘要：文章从系统运行、管道支架结构及材质方面分析了核电厂主蒸汽管道拉撑杆断裂的原因，并给出了相应的整改措施。
关键词：系统运行；主蒸汽管道；断裂
1管道支吊架简介
管道支吊架是管道系统中的重要组成部分，主要功能是承受载荷、限制位移和控制震动。在机组正常运行下，管道振动[1]和安装不到位[2]等问题，都易导致支吊架松动，甚至导致支架损毁，致使电厂汽水管道局部产生疲劳损耗，甚至造成机组设备的损害，影响电厂安全运行。
本文以某电厂主蒸汽管道拉撑杆断裂为例，从系统运行、管道支架结构及拉撑杆理化性能等方面，分析了该拉撑杆断裂的原因，并提出了相应的整改措施。
2主蒸汽管道支吊架拉撑杆
某电厂1号机组常规岛主蒸汽管道竖直方向限位支架1VVP507-002一侧拉撑杆顶端发生断裂，断裂的拉撑杆因缺少上部支撑发生垂直倾倒，导致下部拉撑杆吊耳螺栓撞击立管横担后产生弯曲变形。
图1 1VVP507-002拉撑杆断裂现场图片
2.1原因分析
2.1.1系统运行及管道振动工况分析
通过分析该机组主蒸汽管道上游疏水箱的压力变化趋势，确认该管道未发生异常瞬态冲击现象，且对比1-4号机组常规岛主蒸汽管道振动水平虽不相同，但总体水平相当，未见明显差距。综上分析，可排除主蒸汽系统运行工况突变及管道振动超标导致拉撑杆断裂的原因。
2.1.2管道支架拉撑杆结构分
通过对该1VVP507-002拉撑杆结构分析，发现该支架的拉撑杆吊耳（设计直径为40mm）与销座（设计直径为35mm）并未完全匹配。机组在正常运行阶段，当管道存在小幅振动的情况下，易使拉撑杆吊耳与销座间不间断的产生摩擦振动，导致拉撑杆与销座反复受疲劳应力。
2.1.3断裂试样分析
断裂试样化学及力学性能分析
通过对断裂拉撑试样参考GB/T 700-2006进行化学成分，拉伸性能及冲击性能测试，该拉撑杆材质及力学性能满足原材料的要求。
断裂试样外观分析
通过对断裂试样的外观分析，拉撑杆的螺杆侧和吊环侧采用类似承插焊的方式进行连接，即螺杆侧加工了“凵”型凹槽，吊环侧加工为板状，插接到凹槽中后对外表面进行焊接，而槽底并未焊合，呈原始加工状态，从断面上可见焊接区域非常小。
断口结构分析
本次断裂部位位于拉撑杆上端的吊环连接端，该吊环结构外形类似于《发电厂汽水管道支吊架设计手册》标准吊环螺母，但又与标准吊环螺母存在本质差别。该拉撑杆底端开凹槽，万向节末端加工成长方形并插入到拉撑杆凹槽内，且两个部件之间存在较大的缝隙，外部焊接连接。对拉撑杆及其断口的宏观检查及焊接区域横截面取样金相检验发现，拉撑杆的螺杆侧和吊环侧采用类似承插焊的方式进行连接，即螺杆侧加工了“凵”型凹槽，吊环侧加工为板状，插接到凹槽中后对外表面进行焊接，而槽底并未焊合，呈原始加工状态，从断面上可见焊接区域非常小。通过对横断面面积进行计算，整个横断面约2374mm2，断口区域（包含母材和焊缝）约990mm2，焊缝断面区域面积约108mm2。由此表明，该连接结构大大降低了凹槽底部断裂区域的实际承载面积，实际承载力仅约为全截面一体拉撑杆承载力的40%。同时，凹槽底部拐角位置的特殊结构使其成为应力集中程度最为严重的位置，而焊后形成的尖角、狭缝结构进一步加重了应力集中程度，见图2示意。此外，送检拉撑杆的吊环处转向节有明显锈蚀，并出现转向节转动困难，这可能导致拉撑杆在运行过程中的转向调节受阻，不利于运行过程中应力的释放，对裂纹的萌生和扩展有一定促进作用。同时，焊接质量较差，焊接区域存在较多的焊接缺陷，特别是焊后形成的尖角、狭缝等结构，以及裂纹源附近的焊接缺陷对裂纹的萌生和扩展存在促进作用。
图2 拉撑杆螺杆与吊环截面示意图
2.2改进措施
2.2.1管道支架结构方面
根据支吊架的荷载分析，原设计支吊架部件能够满足管道正常的运行，但若考虑在某些瞬态运行情况或者极端条件工况，该支架结构形式已能够满足原设计要求，为提高其可靠性，原支架的销座进行优化更换，保证该管道支架的拉撑杆吊耳与销座匹配性一致。
2.2.2管道支架制造文件
非核级管道支吊架零部件的制造应按照GB/T 17116要求进行，但其对支架的无损检测一般只采用VT（目视检查）和PT（渗透检测），该两种检测方式无法探究该结构内部的焊接缺陷，建议后续针对重要系统的管道支架（尤其是承重支架），在工厂生产支之初增加对其结构的RT（射线探伤）或UT（涡流检测）。
3结论与展望
1. 管道支架作为核电厂管道系统重要的组成部分，其状态直接影响管道系统的正常运行，需要建立对管道支架状态进行预防性检查，防止其出现异常状况；
2. 核电厂非核级的重要系统管道，也必须要加强对其管道附属件（包括支吊架）生产质量的管理，才能从源头保证其管道支架的正常运行。
参考文献
[1]戴贤源，赵贺. 核电厂管道振动问题诊断及处理[J].科技视界.2017.
[2]魏春明, 赵星海, 郑明秀等. 电厂汽水管道支吊架失效原因的分析.2009.25(5).
论文作者:黄丹丹1,张融2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：撑杆论文; 管道论文; 支架论文; 吊架论文; 吊环论文; 凹槽论文; 结构论文; 《电力设备》2018年第27期论文;