疏水管过热的问题分析

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汽动给水泵有两路汽源。一路为从主汽管路接入高压气源，一路从四抽供给的低压汽源。小机高压汽源管道上有一疏水，小机高压主汽阀有上下阀座疏水，尤其值得一提的是小机下阀座疏水电动阀有一旁路疏水，是采用Φ5的节流孔来保证疏水，即在任何时候可保证小机高压汽源处于热备用状态。疏水管路全部接入0米Ф325的疏水联箱上，联箱接入高压疏水扩容器。接入联箱的疏水管道是对称布置在联箱的两侧。

2003年5月#1机组在运行中，发生0米疏水管道爆裂的问题。后将管道保温拆除，发现管道为右高压主汽阀下阀座疏水管爆裂。检查管道从外观看，管道涨粗，氧化严重，表面存在大量氧化皮，有许多龟裂纹。将临近管道保温拆除，发现左高压主汽阀下阀座疏水管也存在此现象。疏水管由原Ф48mm涨粗到Ф59.32mm和Ф52.69mm（见附图）。机组停运后，将管道割除，送金属检验部门进行鉴定，检验部门给出的检验结果如下：1.主汽阀前疏水管双弯头处严重腐蚀现象，样品管Ф48×10mm纵管被腐蚀仅剩10mm左右的厚残片，横管内外壁均有较厚的腐蚀产物覆盖；2.从化学成分和外观来看，来样的原始组织应为铁素体－珠光体，横管明显腐蚀样处表面约有2mm左右的脱碳现象，为铁素体，晶粒粗大，从内壁到外壁组织变化及脱碳情况看，说明此管道至少受到900℃以上的高温才能使管发生严重氧化现象，从管道内壁到外壁组织变化及脱碳情况看，热源在管外部。问题出现后，机组运行期间进行检查，主汽门下阀座疏水阀较热，认为是由于疏水阀内漏造成管道过热腐蚀。停机后对疏水阀和此部分疏水管更换，原使用P22（2.25Cr-1Mo）钢材管道，是最普遍使用的合金热强钢，广泛用于火电温度低于600℃的受热面管道，具有持久塑性好，的特点。管道由原P22更换为TP347，TP347不锈钢管是奥氏体型不锈耐酸钢，广泛使用在温度不超过850℃条件下工作，其在750-800℃空气中，具有稳定的抗氧化性能。但2004年8月，更换后的管道又一次出现涨粗、严重氧化的问题。P22管道属于低合金珠光体耐热钢，使用状态下的组织都是由铁基固溶体和碳化物所组成。在高温长期运行过程中会发生珠光体的球化和碳化物聚石墨化、合金元素在固溶体和碳化物之间的重新分配等组织变化。电厂中珠光体的严重球化是引起管道爆裂的重要原因。

几次的管道涨粗爆裂使了大家的惊疑，汽机侧最高参数点为主汽，其值为工作压力16.67MPa,温度在538℃的过热蒸汽，如何能产生如此的高温，使此两种管材均产生如此现象。阀门内漏流过的蒸汽温度也就是主汽的温度，主汽管道流动的也同样是此汽体，主汽管也没有此现象？再说疏水阀更换后，阀门已经严密，不存在漏汽的问题……？针对这个问题，进行了深入的观察和细致的研究，在现场观察，与此两管道对头安装的是小机高压下阀座疏水管，由于要保证小机高压汽源的热备用状态，故此疏水管道由一节流孔保证机组正常运行时有一部分蒸汽流过，它的汽源为主蒸汽。现在是由于此路蒸汽应通过疏水管进入疏水联箱进入凝汽器，但此路蒸汽到疏扩有较大的压差，故汽流流速是非常高的。疏水管道在机组启动初期为汽-水两相流,当机组正常运行时为过热蒸汽,对于可压缩介质流速是较难准确计算的，但从工程上还是可以判断的，主要是由蒸汽初参数决定的。查焓墒图可知主蒸汽压力16.7Mpa,温度538℃，hg=3396.4kJ/kg，比容v1=0.01988m3/kg，蒸汽的绝热指数k为1.3，重力加速度g为9.81m/s2,由此可计算出疏水管出口蒸汽流速为vs＝，为1852m/s，远远高于音速。故此部分蒸汽如此高速冲进对面的管道（主汽阀阀座疏水管）内，在管内流速降为0，能量（即具有1/2mv2的动能）以热量的方式释放出来，造成此管路超温，即专业鉴定人员判断的超过900℃的高温的由来。这就是工程热力学中蒸汽的“滞止焓”，是高温高压蒸汽保温的疏水管道内流动，我们可以认为是绝热流动过程中，当蒸汽从小机疏水管口处流出，流速已经非常高了，即动能非常大，当冲进对面管内流速迅速下降，最终到“0”，所有的能量以热量的形式释放。这也是从现场具体表象，靠近联箱管座部分过热还不是十分严重，而是距管座以上二尺左右以上部分最严重，就是这个道理。找到问题的原因后，我们根据目前小汽轮机高压气源的利用率极低的特点（非特殊情况无使用，有个别电厂已经将此路汽源拆除），将小汽轮机高压供汽电动阀关闭，即常疏水的管路停用。经过几年的运行，再未出现疏水管路超温的现象。

当气体绝热滞止时，速度为零。七台河发电有限责任公司机组疏水管过热就是这一理论的现场体现。究其发生的主要原因是设计安装的不合理，疏水管对称安装在一个疏水联箱上，造成汽流有对冲进对面管道的机会，只要这个管道改变安装状态，管口向着扩容器，蒸汽在扩容器内膨胀，就不会出现此状态。由于此管道长期超温，加之多次的启停机，管道经受高温蠕胀、交变应力、氧化等共同的作用，最后导致破裂。（本文作者：张伟国 单位：大唐七台河发电有限责任公司）