核電廠某型凝汽器多次出現(xiàn)因鈦管開裂導(dǎo)致海水泄漏問題,嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運行。本文通過對歷次事件規(guī)律統(tǒng)計分析和鈦管金屬學(xué)分析,確認(rèn)鈦管開裂問題均發(fā)生于單列運行或甩負(fù)荷工況下,鈦管斷口性質(zhì)為疲勞開裂。通過研究該類型凝汽器設(shè)計準(zhǔn)則,并與行業(yè)設(shè)計準(zhǔn)則對比分析,發(fā)現(xiàn)該類型凝汽器在臨界流速選取和實際流場不均勻性方面考慮不足,且當(dāng)機(jī)組處于凝汽器單列運行工況下,機(jī)組運行功率過高,進(jìn)一步促使鈦管產(chǎn)生流體彈性激振問題。最后,通過加裝防振條、預(yù)防性堵管以及單列運行機(jī)組功率控制等措施,有效降低了凝汽器海水泄漏風(fēng)險。新設(shè)計的該型凝汽器也對此進(jìn)行了改進(jìn),縮短了鈦管跨距,從根本上提高了鈦管產(chǎn)生流體彈性激振的安全裕度。 

【文章來源】：熱力發(fā)電. 2020,49(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

凝汽器結(jié)構(gòu)Fig.1Structureofthecondenser

集水箱、閃蒸箱、水室、雙聯(lián)低加、減溫/減壓器、凝結(jié)水過濾裝置及凝汽器抽氣裝置等組成。殼體內(nèi)共設(shè)有4組管束模塊來凝結(jié)汽輪機(jī)排汽，管束頂部外圍采用Φ25mm×0.7mm的鈦管，主凝結(jié)區(qū)及空冷區(qū)采用Φ25mm×0.5mm的鈦管。2原因分析2.1歷次事件規(guī)律分析針對CPR1000機(jī)組某型凝汽器6起海水泄漏事件進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)歷次事件開裂鈦管大多位于凝汽器鈦管管束表層，該區(qū)域承受氣流沖擊強度最大。裂紋均位于凝汽器兩支撐跨的中間位置，且鈦管外表面可以發(fā)現(xiàn)明顯的相互碰磨痕跡（圖2）。經(jīng)抽檢同類位置的未開裂鈦管，其表面也存在嚴(yán)重碰磨痕跡，表明鈦管在開裂前已經(jīng)存在碰磨現(xiàn)象。鈦管發(fā)生開裂事件時，機(jī)組大多經(jīng)過了甩負(fù)荷和單列運行等惡劣工況。通過以上分析可知，開裂鈦管在運行過程中出現(xiàn)了大的振動，與周邊鈦管之間產(chǎn)生了相互碰磨。圖2鈦管表面磨損形貌Fig.2Abrasionimagesofthetitaniumtubes2.2鈦管金屬學(xué)分析為了明確凝汽器鈦管的損傷機(jī)理，通過拔管取樣對開裂鈦管斷口形貌進(jìn)行微觀觀察，結(jié)果如圖3所示。從擴(kuò)展棱線的收斂方向可知斷口源區(qū)呈線源特征，即裂紋源區(qū)位于鈦管外表面一段連續(xù)的區(qū)域。由圖3可見，裂紋從鈦管外表面起裂，沿徑向往內(nèi)部擴(kuò)展。圖3b)中箭頭所示裂紋擴(kuò)展區(qū)可見疲勞條帶，表明鈦管的開裂性質(zhì)為疲勞開裂。斷口表面和裂紋源區(qū)均未發(fā)現(xiàn)腐蝕痕跡，表明鈦管開裂與海水腐蝕無關(guān)。

1662020年http://www.rlfd.com.cna)裂紋源區(qū)b)裂紋擴(kuò)展區(qū)圖3鈦管斷口微觀形貌Fig.3Micro-imagesofthecrackedtitaniumtubes當(dāng)鈦管本身力學(xué)性能不足時，會導(dǎo)致鈦管剛度下降，存在導(dǎo)致鈦管振動過大的可能。為了研究鈦管本身力學(xué)性能對鈦管振動的影響，對開裂鈦管進(jìn)行力學(xué)性能測試，包括金相組織、力學(xué)強度測試、化學(xué)成分分析。對2根開裂鈦管試樣進(jìn)行金相組織觀察，結(jié)果如圖4所示。由圖4可見，基體金相組織為α相晶粒，基體金相組織未見腐蝕等異常現(xiàn)象。a)鈦管1b)鈦管2圖4開裂鈦管金相組織形貌Fig.4Themicrostructureofthecrackedtitaniumtubes對開裂鈦管取樣測試其化學(xué)成分，結(jié)果見表2。由表2可見，鈦管化學(xué)成分中N、C、H等雜質(zhì)元素含量均未超出ASTMB338標(biāo)準(zhǔn)要求，且未發(fā)現(xiàn)Cl等腐蝕性元素，化學(xué)成分分析結(jié)果未見異常。表2開裂鈦管化學(xué)成分分析Tab.2chemicalcompositionofthecrackedtitaniumtubesw/%元素NCHFeOAlSiTi結(jié)果0.0170.0210.0050.180.170.100.01其余ASTMB3380.030.080.0150.300.25其余對開裂鈦管進(jìn)行力學(xué)性能分析，結(jié)果見表3。由表3可見，開裂鈦管的屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率均滿足ASTMB338標(biāo)準(zhǔn)要求，鈦管力學(xué)性能未見異常。表3力學(xué)性能測試Tab.3Themechanicalpropertytestresult編號抗拉強度Rm/MPa屈服強度RP0.2/MPa斷后伸長率A/%試樣144739243.0試樣243934040.2試樣343733544.2試樣445838634.6ASTMB338≥345275~450≥202.3鈦管振動設(shè)計準(zhǔn)則分析2.3.1鈦管振動設(shè)計過程凝汽器鈦管管束設(shè)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]凝汽器換熱管斷裂損傷分析與綜合防治[J]. 陳杰.  熱力發(fā)電. 2019(06)
[2]基于多孔介質(zhì)模型的大型凝汽設(shè)備內(nèi)部換熱特性仿真研究[J]. 高巖松.  汽輪機(jī)技術(shù). 2018(06)
[3]某型核電汽輪機(jī)凝汽器半側(cè)運行分析[J]. 陳自強,楊璋.  熱力發(fā)電. 2018(10)
[4]多殼體凝汽器局部單側(cè)運行下壓差分析[J]. 黃美華,姜成仁,石建中.  汽輪機(jī)技術(shù). 2015(04)
[5]凝汽器鈦管斷裂失效分析[J]. 袁小會,蔡逸飛.  武漢工程大學(xué)學(xué)報. 2014(03)
[6]凝汽器鈦管泄漏原因分析及預(yù)防措施[J]. 王軍偉,李臣,楊茂祝.  廣東電力. 2012(09)
[7]管材缺陷與微生物對凝汽器不銹鋼管的腐蝕及其協(xié)同作用[J]. 姬鄂豫,朱小紅,姚杰新.  熱力發(fā)電. 2011(12)
[8]凝汽器泄漏問題的分析和解決方案[J]. 李忠,楊凱利,于曉龍,陳樹生.  汽輪機(jī)技術(shù). 2007(02)
[9]N-7100型和N-17800型凝汽器鈦管泄漏原因及預(yù)防對策[J]. 楊光明,潘世漢.  上海電力學(xué)院學(xué)報. 2006(03)
[10]海水作為冷卻介質(zhì)的汽輪機(jī)凝汽器泄漏原因及對策[J]. 李景和.  東北電力技術(shù). 2006(03)



本文編號：3470448