超臨界600MW機組主汽閥閥杆斷裂原因分析

2022-05-08 21:45:02 字數 4207 閱讀 3681

4 顯微組織

在主汽閥閥杆斷口位置附近取樣進行金相試驗,其組織為奧氏體,但內含異常的混晶組織,不符合dl/t439-2006《火力發電廠高溫緊韌體技術導則》中關於奧氏體組織的要求(圖2)。

圖2 主汽閥閥桿金相組織

♂ 通過掃瞄電鏡背散射像進一步觀察主汽閥閥杆的顯微組織,發現其基體中分布有大量的黑色和白色的顆粒,尺寸在10μm量級,且形狀不規則(圖3(a))。eds圖譜表明這些顆粒是富al、富si、富ti和富mo的強化相,其中富al顆粒尺寸較大,如圖3(b)中「1」所示。富si顆粒外形較細長,如圖3(b)中「2」所示。

富ti顆粒外形接近圓形,且尺寸較小,如圖3(c)中「3」所示。富mo顆粒是白色的,外形多為圓形,如圖3(c)中「4」所示。各強化相的合金成分見表2。

表2 高溫閥桿各析出相成分 at%

圖3 主汽閥閥杆背散射相及標記為1~4的顆粒能譜

♂ 依據《手冊》標準熱處理狀態下gh901組織為奧氏體基體上析出球狀的γ'相以及少量的mc和m3b2等相。γ′相瀰散分布於晶內,直徑約為14~20mm,約佔合金重量的10%~12%,其化學組成近似為(ni0.95fe0.

03cr0.02)3(ti0.85al0.

15)。mc和m3b2相的總量約佔合金重量的0.27%~0.

35%。通過比較發現,gh901主汽閥閥杆中的各強化相顆粒與標準熱處理狀態下的強化相不符,說明斷裂的高溫閥桿熱處理工藝不到位,微觀組織異常。

5 力學效能

主汽閥閥杆橫截面的布氏硬度值為360hb,滿足《手冊》對gh901合金硬度的要求(302~388hb)。

主汽閥閥杆的室溫拉伸資料見表3。由表3可見,主汽閥閥杆的抗拉強度符合《手冊》要求,但表徵材料塑性的延伸率和斷面收縮率均低於《手冊》要求,這說明主汽閥閥桿母材的塑性較差。

表3 主汽閥閥杆室溫拉伸力學效能

主汽閥閥杆試樣的平均衝擊功為41.5j,衝擊韌性為518kj/m2,低於《手冊》要求的600~700kj/m2,說明主汽閥閥桿母材的衝擊韌性較差。

圖4(a)是衝擊試樣斷口的形貌,巨集觀斷口比較平坦,呈鐵灰色,無明顯的纖維區和放射區。微觀斷口顯示斷面為典型冰糖結晶狀,屬於脆性沿晶斷裂模式。斷面上分布有不少的沿晶二次裂紋(圖4(b~c))。

同時,沿斷口晶界上存在不少的顆粒和其剝離遺留下來的孔洞(圖4(d))。

圖4 衝擊試樣斷口的二次電子相形貌

♂ 圖5(a)是圖4(d)的背散射圖,通過eds探測這些顆粒是富mo、富ti和富al的強化相(圖5(b~c)),這些強化相顆粒分布在斷口的晶界位置,會進一步惡化基體的韌塑性。

圖5 衝擊試樣斷口強化顆粒分布形貌及標記為「1~3」的顆粒能譜

採購前閥門選型的步驟和依據:

在流體管道系統中,閥門是控制項,其主要作用是隔離裝置和管道系統、調節流量、防止回流、調節和排洩壓力。由於管道系統選擇最適合的閥門顯得非常重要,所以,了解閥門的特性及選擇閥門的步驟和依據也變得至關重要起來。

閥門行業到目前為止,已能生產種類齊全的閘閥、截止閥、節流閥、旋塞閥、球閥、電動閥、隔膜閥、止回閥、安全閥、減壓閥、蒸汽疏水閥和緊急切斷閥等12大類、3000多個型號、4000多個規格的閥門產品;最高工作壓力為600mpa,最大公稱通徑達5350mm,最高工作溫度為1200℃,最低工作溫度為-196℃,適用介質為水、蒸汽、油品、天然氣、強腐蝕性介質(如濃硝酸、中濃度硫酸等)、易燃介質(如笨、乙烯等)、有毒介質(如硫化氫)、易爆介質及帶放射性介質(金屬鈉、-迴路純水等)。

閥門承壓件材質鑄銅、鑄鐵、球墨鑄鐵、高矽鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼、高、低合金鋼、不鏽耐酸鋼、哈氏合金、因科鎳爾、蒙乃爾合金、雙相不鏽鋼、鈦合金等。並且能夠生產各種電動、氣動、液動閥門驅動裝置。面對如此眾多的閥門品種和如此複雜的各種工況,要選擇管道系統最適合安裝的閥門產品,我以為,首先應了解閥門的特性;其次應掌握選擇閥門的步驟和依據;再者應遵循選擇閥門的原則。

1.閥門的特性一般有兩種,使用特性和結構特性。

使用特性:它確定了閥門的主要使用效能和使用範圍,屬於閥門使用特性的有:閥門的類別(閉路閥門、調節閥門、安全閥門等);產品型別(閘閥、截止閥、蝶閥、球閥等);閥門主要零件(閥體、閥蓋、閥桿、閥瓣、密封面)的材料;閥門傳動方式等。

結構特性:它確定了閥門的安裝、維修、保養等方法的一些結構特性,屬於結構特性的有:閥門的結構長度和總體高度、與管道的連線形式(法蘭連線、螺紋連線、夾箍連線、外螺紋連線、焊接端連線等);密封面的形式(鑲圈、螺紋圈、堆焊、噴焊、閥體本體);閥桿結構形式(旋轉杆、公升降杆)等。

2.選擇閥門的步驟和依據大體如下:

選擇步驟

1.明確閥門在裝置或裝置中的用途,確定閥門的工作條件:適用介質、工作壓力、工作溫度等等。

2.確定與閥門連線管道的公稱通徑和連線方式:法蘭、螺紋、焊接等。

3.確定操作閥門的方式:手動、電動、電磁、氣動或液動、電氣聯動或電液聯動等。

4.根據管線輸送的介質、工作壓力、工作溫度確定所選閥門的殼體和內件的材料:灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、碳素鋼、合金鋼、不鏽耐酸鋼、銅合金等。

5.確定閥門的型式:閘閥、截止閥、球閥、蝶閥、節流閥、安全閥、減壓閥、蒸汽疏水閥、等。

6.確定閥門的引數:對於自動閥門,根據不同需要先確定允許流阻、排放能力、背壓等,再確定管道的公稱通徑和閥座孔的直徑。

7.確定所選用閥門的幾何引數:結構長度、法蘭連線形式及尺寸、開啟和關閉後閥門高度方向的尺寸、連線的螺栓孔尺寸和數量、整個閥門外型尺寸等。

8.利用現有的資料:閥門產品目錄、閥門產品樣本等選擇適當的閥門產品。

選擇閥門的依據在了解掌握選擇閥門步驟的同時,還應進一步了解選擇閥門的依據。

1.所選用閥門的用途、使用工況條件和操縱控制方式。

2.工作介質的性質:工作壓力、工作溫度、腐蝕性能,是否含有固體顆粒,介質是否有毒,是否是易燃、易爆介質,介質的黏度等等。

3.對閥門流體特性的要求:流阻、排放能力、流量特性、密封等級等等。

4.安裝尺寸和外形尺寸要求:公稱通徑、與管道的連線方式和連線尺寸、外形尺寸或重量限制等。

⑤對閥門產品的可靠性、使用壽命和電動裝置的防爆效能等的附加要求。(在選定引數時應注意:如果閥門要用於控制目的,必須確定如下額外引數:

操作方法、最大和最小流量要求、正常流動的壓力降、關閉時的壓力降、閥門的最大和最小進口壓力。)根據上述選擇閥門的依據和步驟,合理、正確地選擇閥門時還必須對各種型別閥門的內部結構進行詳細了解,以便能對優先選用的閥門做出正確的抉擇。管道的最終控制是閥門。

閥門啟閉件控制著介質在管道內的流束方式,閥門流道的形狀使閥門具備一定的流量特性,在選擇管道系統最適合安裝的閥門時必須考慮到這一點。

如下為選擇閥門應遵循的原則:

截止和開放介質用的閥門流道為直通式的閥門,其流阻較小,通常選擇作為截止和開放介質用的閥門。向下閉合式閥門(截止閥、柱塞閥)由於其流道曲折,流阻比其他閥門高,故較少選用。在允許有較高流阻的場合,可選用閉合式閥門。

控制流量用的閥門通常選擇易於調節流量的閥門作為控制流量用。向下閉合式閥門(如截止閥)適於這一用途,因為它的閥座尺寸與關閉件的行程之間成正比關係。旋轉式閥門(旋塞閥、蝶閥、球閥)和撓曲閥體式閥門(夾緊閥、隔膜閥)也可用於節流控制,但通常只能在有限的閥門口徑範圍內適用。

閘閥是以圓盤形閘板對圓形閥座口做橫切運動,它只有在接近關閉位置時,才能較好地控制流量,故通常不用於流量控制。

換向分流用的閥門根據換向分流的需要,這種閥門可有三個或更多的通道。旋塞閥和球閥較適用於這一目的,因此,大部分用於換向分流的閥門都選取這類閥門中的一種。但是在有些情況下,其他型別的閥門,只要把兩個或更多個閥門適當地相互連線起來,也可作換向分流用。

帶有懸浮顆粒的介質用閥門當介質中帶有懸浮顆粒時,最適於採用其關閉件沿密封面的滑動帶有擦拭作用的閥門。如果關閉件對閥座的來回運動是豎直的,那末就可能夾持顆粒,因此這種閥門除非密封面材料可以允許嵌入顆粒,否則只適用於基本清潔的介質。球閥和旋塞閥在啟閉過程中對密封面均有擦拭作用,故適宜用在帶有懸浮顆粒的介質中。

目前,無論在石油、化工,還是在別的行業的管道系統,閥門應用、操作頻率和服務千變萬化,要控制或杜絕那怕是低微的洩漏,最重要、最關鍵的裝置還數閥門。管道的最終控制是閥門,閥門在各個領域的服務和可靠表現是獨一無二的。

採購後閥門檢查及維修保養

閥門維修保養不及時,造成閥門失修滲漏或開關不靈;閥門未定期檢修試壓,甚至使用多年未進行清洗、試壓和技術鑑定,致使雜物沉積於閥內,關閉不嚴,嚴重滲油、竄油;閥門檢修後未關閉,或者拆除閥門後未封堵管口;閥門塵蘭墊片使用了不耐油不耐壓材料等。因此,要加強對閥門的檢查,力爭做到防患於未然。

閥門檢查的主要內容:

1、閥桿動密封及法蘭墊片靜密封處是否滲漏

2、啟閉狀態是否正常

3、閥體有無損傷及滲漏等異常現象4、將平時常開或常閉的閥門轉動1~2圈或做1次公升降試驗

5、對常開或常閉閥門閥杆部位潤滑

6、檢查和除錯氣動閥門的動力頭及電氣系統

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