一、设备概况
××发电公司2号机组于2012年6月19日投入商业运行。汽轮机为上海汽轮机有限公司制造的660MW超临界一次中间再热凝汽式汽轮机，汽轮机组额定负荷运行时主蒸汽压力为24.2 MPa，主蒸汽温度为566℃。
汽轮机本体高压缸两侧各布置一个主汽阀和调节阀组合体，主蒸汽通过调节阀导汽管进入高压缸的喷嘴室。一台机组设计四只高压调门，四根高压导汽管。每根高压导汽管底部整体设计配套安装一只疏水塔子（即：三通式管座），提供两只接口：一只作为导汽管疏水接口；另一只作为汽轮机快冷装置接口。其中导汽管底部疏水三通式管座与疏水管设计联接方式为承插式焊接联接；导汽管底部疏水三通与快冷装置联接方式设计为法兰联接。
二、事件描述
2017年4月9日16:15，2号机组负荷516MW，机组协调投入AGC方式运行，汽轮机主蒸汽压力24.13 MPa，调节级压力13.83 MPa，主蒸汽温度560℃，转速3000rpm；锅炉系统磨煤机A、B、C、D、E运行，送、引风机和一次风机动叶控制均投入自动控制方式，此时机组处于正常运行状态。
16:15分，汽机房突发巨大蒸汽泄漏声，2号机车头下方6.9米层大量蒸汽泄漏。运行人员立即开启汽机厂房门窗，解除2号机组AGC并手动降负荷，同时立即汇报省调后紧急降负荷停机转调停。16:30分，2号机负荷由515MW降至285MW停机过程中，由于调节级压力变送器受高温蒸汽冲刷故障损坏，压比保护动作（即调节级压力/高压缸排汽压力<1.7，DCS发“高排压比低”信号，延时60S），汽机跳闸，负荷到零。
16:58分，就地检查6.9米层大量蒸汽泄漏源为GV2高压调门出口导汽管底部疏水三通接管座与疏水管联接焊口角焊缝断裂所至。
三、现场调查
1、现场检查GV2高压调门出口导汽管疏水三通焊口角焊缝断裂。该焊口采用承插式焊接方式，直管插入部分的外径为60mm与疏水三通开孔内径62mm形成单侧总间隙2mm；且该疏水三通开孔处深度为12.7mm，而直管插入深度仅6mm。见图1：断裂焊口
2、经现场光谱分析，该疏水三通材质为F22，直管材质为T91，现场复测焊口焊材为T91焊丝。
3、受高温蒸汽的冲刷影响，现场实地检查热工设备损坏情况：主蒸汽温度变送器1台；主蒸汽疏水气动执行器电磁阀4只、过滤减压阀4只；行程指示器4只；调节级压力变送器3台；就地弹簧管压力表3只；控制电缆和计算机电缆约1000米。
四、原因分析
1、断裂焊口焊接结构设计采用承插式结构，基建安装时现场焊接工艺不达标。见图2断裂焊口照片：
从断口判断，F22套管内径明显大于插入管T91外径，断口氧化皮颜色不均，图2中红色箭头所指处氧化皮为氧化铁混杂四氧化三铁色泽，其他位置均为四氧化三铁氧化皮，据此可判断红色箭头所指处为陈旧性断口，也即起裂位置。与起裂位置对应的对侧（蓝色箭头所指处）有剪切唇，此处为最后断裂位置。黑色箭头所指缺角边缘卷扬方向验证了起裂位置位于红色箭头所指处。
依据《DL/T 438-2016 火力发电厂金属技术监督规程》和《DL/T 869-2012 火力发电厂焊接技术规程》规定，机组高压调门出口导汽管疏水三通焊口设计不宜采用承插式焊接方式；现场承插焊接结构装配时直管插入部分外壁与疏水三通开孔内壁总间隙有2mm，且插入深度仅6mm，与汽轮机厂设计的承插焊口现场焊接技术要求严重不符（汽轮机厂提供的承插焊接结构要求间隙为0mm，且插入深度与底座仅留2mm膨胀间隙）。承插式焊接方式及基建单位安装时的管座与插入管配合不达标是此次GV2高压调门出口导汽管疏水三通焊缝断裂的主要原因。
2、焊口焊材选用不当。经现场光谱分析，该高压调门出口导汽管疏水三通材质为F22，直管材质为T91，现场复测焊口焊材为T91焊丝。
依据DL/T 884-2004《火电厂金相检验与评定技术导则》对T91管带有焊缝的端头进行纵向取样并进行金相检验，磨制抛光，采用盐酸三氯化铁溶液腐蚀，金相显微镜下观察其组织。金相照片见图3：
经检查，T91管夹杂合格，晶粒度等级9级左右，组织为回火马氏体，正常老化。焊缝组织为回火马氏体，焊缝与T91熔合线未见焊接缺陷。
F22高温下热膨胀系数大于T91，高温下会产生由热膨胀不同步导致的热应力，热应力方向与裂纹扩展方向平行，该切应力一定程度上会加速裂纹扩展。从起裂点纵截面金相照片看，裂纹起源于焊缝内侧，沿F22热影响区向外扩展，裂纹起源处可见明显的晶粒拉长（图3 e），表明初始裂纹是局部应力超过材料屈服强度导致。依据《DL/T 752-2010火力发电厂异种钢焊接技术规程》：“5.3 B类异种钢焊接接头焊材宜选用合金成分与较低一侧钢材相匹配（低配）”。该焊口焊材推荐低配或中配的焊材，如：宜优先选用R40焊丝（或R407焊条），而非T91焊材，此为造成焊口焊缝断裂间接原因之一。
五、整改处理：
1、将2号机组现有四个（GV1、GV2、GV3、GV4）高压调门出口导汽管底部疏水三通与疏水管联接处全部切除，整改承插式焊接为对接式焊接，并按照焊接工艺将疏水三通配接F91异径管件作为过渡段。具体见图4（导汽管疏水三通整改焊接接口图）。
2、对于GV2高压调门出口导汽管疏水三通附近被吹扫的管道、弯头、焊口进行普查，查出的问题一并进行整改。
3、利用计划性检修及调停检修机会，认真落实举一反三，对机组投产以来已检查和已制定检查计划的安装角焊缝从结构设计等方面再次进行排查、分析、整改。
六、结语
金属监督专业人员要认真总结、梳理两台机组投产以来对承压部件焊口隐患排查的经验与不足，从承压焊口的设计、基建安装工艺、常态监督等方面进行再梳理、再排查、再分析、再整改，做到设备隐患不留死角。设备管理单位认真吸取本次承插焊口因基建安装焊接工艺问题导致无法检测的教训，从承压部件材料设计、现场安装工艺等方面制定隐患排查计划，以问题清单为突破口，切实提高设备整治管控水平。
规范性引用文件
1、《DL/T 438-2016 火力发电厂金属技术监督规程》
2、《DL/T 869-2012 火力发电厂焊接技术规程》
3、《DL/T 752-2010 火力发电厂异种钢焊接技术规程》
4、《DL/T 5210.7-2010 电力建设施工质量验收及评定规程 第7部分：焊接》
5、《DL/T 884-2004 火电厂金相检验与评定技术导则》
论文作者:卞锦军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/25
标签：疏水论文; 调门论文; 金相论文; 高压论文; 机组论文; 蒸汽论文; 火力发电厂论文; 《电力设备》2017年第18期论文;