300 MW机组循环水泵房加药管路泄漏试验研究

SHIYAN YAN JIU陕西电力第34卷第2期试验研究SAON ELECTRC POWER2006年9月300 MW机组循环水泵房加药管路泄漏试验研究张兵，郑准备，贾向龙2(1.陕西电力科学研究院，陕西西安710054; 2.大唐韩城第二发电有限责任公司,陕西韩城715400 )南要:通过化学成分分析、宏观分析、显徽组织分析、SEM扫描电镜分析、EDS能谱分析等方法，对某发电厂300MW新建机组循环水泵房不锈钢加药管路泄漏管段进行了试验研究。在对各项试验结果进行综合分析之后确认，该管路泄漏失效为应力腐蚀破坏。管路所用材料的材质状况(化学成分、显微组织等)不佳，是造成应力腐蚀破坏的主要因素。关键词:加药管路;不锈钢;应力腐蚀;失效分析.中图分类号: TG115; TG142.71文献标识码: A文章编号: 1673-7598 (2006) 02- -022-05该发电厂委托陕西电力科学研究院测数据同制造厂提供的出厂数据有1概况对泄漏管段进行失效分析,通过试较大出入。其中C含量的实测值为验分析确认管子的失效机理并提出出厂报告值的3倍,已达到CB1 120某发电厂新建两台300 MW机相应的整改建议。-92标准值的上限; Mn含量的实测组。试运准备期间，在进行加药过值为出厂报告值的2倍; S含量的程中，循环水泵房加药管路发生泄2试验结果实测值为出厂报告值的2.6倍。漏，泄漏前该管路连续注人浓硫酸表2中的实测数据显示,泄漏12 h。泄漏区域在该管路斜上坡段2.1化学 成分分析管段Ni的含量(7.98%) 略低于长约800 mm的范围内。设计资料经使用单位确认，发生泄露的CB1120-92标准的下限值表明该段管子规格为φ25 x2.5不锈钢管由江苏省江阴市某制造厂(8.00%); Ti的含量(0.26%) 远低mm，图纸标示材质:“不锈钢",生产。该制造厂通过传真提供了该于CB1120-92标准的下限值(5x但未标明具体材料牌号。批钢管的牌号和产品出厂检验数0.10) %=0.5%。对取样管进行观察，可以看据。钢管牌号为1Cr18Ni9Ti,化学化学成分分析结果显示，泄到泄漏管段存在一条长约300 mm成分数据见表1。漏管段的实测化学成分与厂家所的纵向裂缝，同时还有4处大小为确认制造厂提供的化学成提供的数据不相符，部分元索的不等的孔洞，孔洞边缘锋利且不分数据，本次试验研究对泄漏管实测含量达不到GB1120-92标准规则并有剥落迹象。加药管路示段取样，进行了化学成分分析，的要求。意图见图1。2.2宏观分析分析数据见表2。C血药管腐蚀部分水塔池壁欧高水位线对比表1和表2中的数据，可泄漏区域在加药管路斜.上坡段以看出:泄漏管段化学成分取样实长约800 mm的范围内。对取样管士表1化学成分数据(制造厂 提供)WT%元家CMn_SCrN,，，7,7.77777777777含0.04117.428.234CB1120-92≤0.12≤2.00 ≤0.035 ≤0.03 ≤ 1.0017.00- 8.00~ 5x(C%-0.02)标准值19.00图1加药管路示意图循环水泵房加药管路在短期内表2化学成分分析数据(电研院取样实测)发生严重泄漏，会影响机组的试元素运、调试。为查明管路泄漏的原因含量0.12._ 1.中国煤化工..7.980.26≤0.12 <5x(C9%-0.02)从而保证机组投运后的安全运行，MYHCNMHG_).80收稿日期: 2006-07-11作者简介:张兵(1966-),男 ,陕西西安人，1987年毕业于西安交通大学,硕士研究生,高级工程师。现任陕西电力科学研究院材料技术研究所所长，长期从事金属材料试验研兖新材料加工工艺研究构件失效分析、承压部件安全性能评估等工作。2006.No.2.月刊hp://w. snepc.comE-mail: sxdl@snepc.comSHI YAN YANJIUVol.34,No.2陕西电力Sep. 2006SHAw ELECTIC POWER试验研究进行观察，可以看到泄漏管段存在型光学金相显微镜在低倍下进行初一条长约300 mm的纵向穿透性裂.步观察，泄漏孔洞试样和纵向穿透纹，裂纹开裂最宽处1.2 mm,裂纹性裂纹试样均未见宏观缺陷，但从边缘圆滑，有明显腐蚀迹象且无塑低倍照片可以看出，两个试样的横性变形;同时还有4处大小不等的截面形貌有很大差异，其中泄漏孔穿孔，穿孔周围的管壁已明显减洞试样的穿孔边缘区域截面呈薄，孔洞边缘锋利且不规则并有剥“楔”型，存在曲率明显大于管子落迹象，孔洞周围内壁上附着一层内壁本身曲率的弧形过渡，边缘处图6泄漏孔洞试样 穿孔边缘区域较厚的腐蚀产物。管子外壁部分保厚度不足0.1 mm。泄漏孔洞试样低显微组织留金属光泽，而内壁呈黑褐色。倍照片见图4。在良好照明条件下，借助I0倍纵向穿透性裂纹试样横截面形放大镜对泄漏管段进行观察,可以貌同泄漏孔洞试样完全不同，其边看到:泄漏管段外壁表面较为粗糙，缘几乎没有减薄，两侧内壁也未见存在大量拉拔加工时留下的纵向痕明显的腐蚀坑。纵向穿透性裂纹试迹;在纵向穿透性裂纹的两侧以及样低倍照片见图5。穿孔四周存在多处纵向表面裂纹,裂纹走向同穿透性裂纹的走向完全图7泄漏孔洞试样穿孔边缘区域一致。宏观分析可以初步确认: 1) 循环水泵房加药管路所使用的管材表面光洁度较差; 2) 管壁纵向穿透性开裂是在低于管材屈服极限的应力状态下产生的; 3) 管壁泄漏孔洞是图4泄漏孔洞试样低倍照片由于腐蚀导致管壁不断减薄，最终发生穿孔。取样管宏观形貌见图2.图3。图8泄漏孔洞试样穿孔边缘区 域图5纵向穿透性裂纹试样低倍照片用三氯化铁盐酸水溶液对上述图2泄漏孔洞穿孔区域宏观形貌两个试样进行侵蚀，侵蚀完毕后，使用NEOPHOT-32型光学金相显图9泄漏孔洞试样穿 孔边缘区域微镜对两个试样的不同区域分别进行显微组织观察。2.4 SEM 扫描电镜、EDS 能谱泄漏孔洞试样穿孔边缘区域的分析显微组织为奥氏体+形变马氏体，本次试验研究在泄漏管段的纵图3管璧纵向穿透性开裂宏观形貌组织不均匀，泄漏孔洞试样穿孔边向穿透性裂纹处和泄漏孔洞处各加2.3显微组织分析缘区城显微组织见图6、图7。工一个试样，采用QUANTA-在泄漏管段的纵向穿透性裂纹纵向穿透性裂纹试样裂纹边缘400HV型扫描电子显微镜，分别对处和泄漏孔洞处各截取一个环形试区域的显微组织为奥氏中国煤化工的断口面以及泄漏多样进行显微组织分析。试样制备采氏体，组织不均匀，纵|内表面进行SEM断用镶嵌、手工磨制.机械-化学抛纹试样裂纹边缘区域显德YHCNM H G{分析。一immuir rnir、光，三氯化铁盐酸水溶液侵蚀。试8、图9。纵向穿透性裂纹的断口在低倍样制备完毕后，使用NEOPHOT-32ht/:/ww snopc. com2006.No.2.月刊19E-.mal: 8xdl@enepc.comSHIYAN YAN JIU陕西电力第34卷第2期试验研究SHAN ELECRC POWER2006年9月下观察，可以看到断口面较为平泄漏孔洞周围的管壁内表面同整，在断口上有明显的二次裂纹样为大量腐蚀产物所覆盖(见图3综合分析(见图10);在高倍下观察，断口面12);对内壁清洗后，在高倍下观被一层致密的腐蚀产物所覆盖(见察，孔洞周围管壁内表面呈现不规3.1化学成分 的影响图11),该层腐蚀产物极难清洗,则的坑状形貌，同时存在大致沿纵泄漏管段化学成分分析结果显说明同机体的结合较为紧密，进而向排列的棱脊(见图13)。示:化学成分取样实测数据同制造说明其残留的时间较长。为确认腐蚀产物的成分，试验厂提供的出厂数据有较大出人。C中对纵向穿透性裂纹断口表面的腐含量的实测值为0.12%，已达到蚀产物以及泄漏孔洞周围管壁内表CB1120-92标准值的上限; Mn含面的腐蚀产物进行了EDS 能谱分量的实测值为出厂报告值的2倍;析。纵向穿透性裂纹断口表面腐蚀S含量的实测值为出厂报告值的2.6产物中有大量的0存在，同时还有倍; Ni 的含量(7.98%) 略低于0.11%的Cr以及0.21%的S存在。CB1120-92标准的下限值纵向穿透性裂纹断口表面腐蚀产物(8.00%); Ti的含量(0.26%) 远低EDS能谱分析结果见表3和图14。于CB1120 -92标准的下限值(5x泄漏孔洞周围管壁内表面的腐蚀产0.10)%=0.5%。图10断口二次裂纹形貌物的成分同纵向穿透性裂纹断口表当18-8型不锈钢基体含Gr量面腐蚀产物的成分相近，0含量较在铬不锈钢n/8化学稳定性定律第高，同时还有0.14%的CI存在，汇-临界值(≥12.5%) 时具有良好漏孔洞周围管壁内表面的腐蚀产物的抵抗化学腐蚀和电化学腐蚀的能EDS能谱分析结果见表4和图15。力，但在某些状态下，如固溶处理e:ledx.2gnesisgenspc spe 28-Scp-2(05 17:43:54不当、焊接加热、热矫形等，钢中LSees:78 Fe的C以(Cr. Fe) z2C.形式自奥氏4 tc体基体中向晶界处析出，由于这时C原子的扩散速度高于Cr原子扩散0.7.的速度，先扩散到晶界处的C原子图11断口腐蚀产物形貌0.4.从晶界附近奥氏体基体中大量夺取0.001.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 800.000 "Cr原子，形成(Cr、Fe). zC6合金图14纵向穿透性裂纹断 口表面.化合物，导致奥氏体晶粒与晶界相腐蚀产物EDS分析谱线邻处Cr原子浓度迅速降低，形成c:hedax32)genesis'genspc spe 28-Scp-2005 15:87:06贫Cr区，当Cr浓度降低到≤LSees:78312.5%时，晶界抗腐蚀能力大大下降，在腐蚀性介质和0的作用下极KCn易发生晶间腐蚀。这种趋势随着奧6氏体基体中C原子含量的增加而愈图12穿孔区域管壁 内表面腐蚀加明显。Ti 是强碳化物形成元素,产物形貌200100020200可同C形成TiC,其作用为降低机图15泄漏孔洞周围管壁内表面腐体含C量，从而稳定Cr含量，同蚀产物EDS分析谱线时细化晶粒，净化钢液，吸收钢液表3纵向穿透性裂纹断口表面腐蚀产物EDS分析结果WT%元素C0NaAl↔Si↔S↔Cl↔K↔Ca↔τMnNiCr Fe含量28.69 7.24 0.55 1.38 2.74 021 0.U 0.38_ 1.18 0.42 1.01 3.18 10.74 41.66中国煤化工表4泄漏孔浦MYHCNMHG析结果元素C .0NaAlSiSClKCaTi↔MnNi Cr Fe图13穿孔区域管壁内表面形貌含盘28.90 7.27 0.45 1.34 2.78 0.25 0.14 0.38 1.21 0.43 1.01 3.18 10.74 41.6620 2006.No.2.月刊htp://www.sepc.comE-mait: sxdl@snepc.com.SHI YAN YANJIUVol.34,No.2陕西电力Sep. 2006ww ELECTRIC POWER试验研究中的H、N并同0、N、C等元素起面光洁度较差，表面光洁度对管材了裂纹尖端的形成，导致在尖端处作用形成稳定化合物。Ti是具有体的抗腐蚀能力也有很大影响，粗糙形成应力集中，达到足够的能量时心立方晶格的元素，可提高AC、Ac,的表面，特别是尖锐的加工痕迹便引起开裂，并使尖端材料变形，尖点和热处理固溶温度。Ti在钢中优于有害元素的沉淀和富集，从而导端能量被消耗，至使裂纹扩展过程先同C形成稳定的TIC合金碳化物，致管材表面钝化膜受到局部破坏,停止，然后重新进行电化学过程,阻止Cr、C化合物的形成，从而避进而形成应力腐蚀的起源点，或形在裂纹尖端重新建立应力集中,这种免晶界贫Cr,增强晶界抗腐蚀性。成坑状腐蚀。过程不断重复，导致裂纹扩展。另有试验表明当C含量≥0.08%，3.3失效机理分析一种情况是0存在时的腐蚀电位会Ti/C≤6时，18-8 型不锈钢抗晶间宏观分析、显微组织分析、移到比应力腐蚀破裂临界电位更正腐蚀的能力明显下降;当C含量≥SEM扫描电镜分析、腐蚀产物EDS的值，在此情况下，更易形成尖端0.1%，Ti/C≤4.3 时，18-8 型不锈能谱分析结果显示，循环水泵房加裂纹。因此在外应力的作用下，裂钢抗晶间腐蚀的能力大大下降;当药管路所使用的1Cr18Ni9Ti 管材其纹逐渐扩大,使金属产生非均匀性C含量≥0.12%，Ti/C≤3.1时，在化学成分不符合国家标准的要求;的伸长。外应力同制造、安装过程标准试验条件下，18-8 型不锈钢沿管子在固溶处理后，又产生了变中材料内部存在的残余应力相叠晶界产生严重条状腐蚀。形，变形使得管材表面产生残余应加，在有腐蚀介质存在的情况下就通过以上分析,对照化学成分分力;断口成脆性断裂特征，边缘存会发生破裂。应力腐蚀(SCC) 实析实测结果，得出以下结论:循环水在腐蚀现象;腐蚀产物中含有0、际上是一-种电化学-力学破裂。泵房加药管路所使用的1Cr18Ni9TiCr. S-等。泄漏孔洞的形成可能是由于管管材，C含量较高，Ti/C比过低,从以上结果可以推断，泄漏管材的成分偏析造成该区域Cr的含导致管材的抗腐蚀能力较差。段纵向穿透性裂纹为应力腐蚀量过低，同时有害介质沉积时间较3.2 显微组织及表面质量的影响(SCC)开裂。长，导致坑蚀所致。显微组织分析结果表明，两个应力腐蚀(SCC) 是在应力和试样的不同区域均存在形变马氏腐蚀环境的共同作用下引起的破4建议体,形变马氏体的存在说明管材在坏。奥氏体不锈钢应力腐蚀的原因固溶处理后又产生了变形。这种变主要是介质中存在引起腐蚀的成分(1)加强入厂管材的检查、验形可能在制造厂的矫形、酸洗过程和拉应力的存在，二者缺一不可。收工作，杜绝不合格产品投入安装。中产生的，也可能是在管路安装过奥氏体不锈钢构件冷加工过程中可(2)加强安装工作中的工艺管程中产生的。冷变形会使管材表面能发生相变，产生形变马氏体，由理，避免安装中出现碰撞、划伤等产生残余应力，从而使得应力腐蚀于相变的发生将会在材料中产生应现象。破坏的倾向增加，同时冷变形还会力，这一应力如果不采取措施处(3)在奥氏体不锈钢管质量较难使材料表面的活性点增多，增加了理，将会一直存在;在焊接过程控制的情况下，可选择其它材料的阳极溶解率，这也会导致应力腐蚀中，由于焊接热循环的作用，会产管材(如衬塑管)用于加药管路。破裂的倾向增大。生热应力;热处理过程中，由于工随着变形的发生，不仅晶粒的艺控制不佳或结构设计不合理同样参考文献:外形会发生变化，而且晶粒内部的也会导致残余应力的存在。同时，1I] 上海交通大学《金属断口分析》编亚结构也会发生显著的变化，对金奥氏体不锈钢对某几种离子如:写组金属断口分析[M] 北京:国防属的性能产生极大的影响，在变形Cr. S-. 0H-最为敏感，这些离子工业出版社，1979.2] 陈世英,等不锈钢[M] .北京:原量不大时，先是晶粒中出现位错堆能在裂纹尖端聚集，一旦材料表面子能出版社.1995.积，随着变形量的增大，晶粒内部钝化膜在机械加工或使用过程中出31] 张国华，等.奧氏体不锈钢应力腐蚀的位错和亚结构会发生十分复杂的现微量缺陷，这些离子将在此处聚分析研究J] .焊接技术, 2002,21 (6.变化，这样会使晶界原子排列较紊集浓缩。根据膜破裂机理，钝化膜41查丽文奥氏体不锈钢的应力 腐蚀产乱，碳化物的晶间析出比较容易，破损部位裸露的金属表面与有膜覆生原因分析[J].石油和化工设备,晶体缺陷多，有杂质富集等等，因盖的表面相比，其电位差中国煤化工.ili and V.Kerins而使得晶界原子的能量高于晶内,以上，裸露部位形成阳极处于不稳定状态，从而易产生晶间密度较大，将形成许多沟YHCNMH Gr Meals Reerh,腐蚀。.新的钝化膜的形成，由于腐蚀介质Editepby R.F.Bunshah Vol. I.part I.(责任编辑徐 钊愈)宏观检验表明泄漏管的内外表的聚集和应力的存在，进一步加强htp:/://w snepc. com2006.No.2.月刊21 IE-mail: sxdl@snepc comSHIYAN YAN JIU陕西电力第34卷第2期试验研究SHAAN00 ELECTRIC POMER2006年9月Test & Research on Dosing Pipe Leakage in Circulating Water PumpHouse of 300MW UnitZHANG Bin', ZHENG Zhunbei', JIA Xianglong2(1. Shaanxi Electric Power Research Institute, Xi'an 710054, China;2. Dalang Hancheng No.2 Power Generation Co. Lud, Hancheng 715400, China)Abstract: 'Test and research are conducled on stainless dosing pipe leakage section in new-built ciculation water pump house of300MW unit through the mehod of chemical component analysis, macro analysis, microstructure analysis, scanning electron micro-scope analysis and EDS energy spectrum analysis. After the integrated analysis of each lest resul, it is proved that the pipe leakugefailure is of stres corrosion dumage. The low quality of pipe malerial (chemical componenl, microstructure) is the main reason to re-sult in stress corrosion danage.Key words: dosing pipe ; stainless; stress corrusion; failure analysis《陕西电力》投稿须知(--)《陕西电力》是国家电网公司主管，陕西省电力公司主办、陕西省电机工程学会协办的国内外公开发行的科技类期刊，科技稿件的投稿应遵循如下要求:文稿要求(1)文稿内容应具有科学性、创造性和实用性，做到语言流畅、重点突出、论点明确、数据可靠、思路清晰、结构严谨、层次分明、文字简练、数学推导简明扼要。为避免引起国外著作权方面的争议，译文稿件须附上原作者的书而许可证明;(2)文稿要求一份用计算机打印的文稿，并提供Word文件。2书写格式(1)学术论文按GB7713-87《科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式》书泻, 5 000字以下为宜,国内外科技信息不超过700字，会议报道和短讯不超过800字;(2)中文文题一 般不超过20字。全部作者姓名按署名顺序排列，姓名之间以“,” 分隔。中、英文作者工作单位应写正式全称，不用简称，后加城市名、邮政编码。多个单位的名称之间以",” 分隔。中文摘要篇幅为100-300字，要求意义完整，用词准确，简明扼要，信息具体，以文字叙述为主(不使用图、表、参考文献、复杂的公式或化学式等)，符号和缩略语应加以说明。其内容应包括研究目的、研究方法.研究结果和研究结论4个层次。关键词应有3-8个，词与词之间以“;" 分隔。中图分类号应从《中国图书馆分类法》中查找，并列在关键词下方;(3)英文文题一般不超过100个字符。拼音写法的作者姓名排列顺序与中文相同,姓名之间以“,"分隔。作者单位的英文应写正式全称，不用简称，后加城市名、邮政编码及国名。多个单位的单位之间以“;”分隔;英文摘要的内容应与中文摘要的内容相对应，英文关键词的内容、数量和顺序均应与中文关键词--对应。词与词之间以“;”分隔;(4)量和符号与量单位的符号应严格执行《中华人民共和国国家标准CB 3100~3102 -93量与单位》，正确使用盘的符号和量单位的符号。所用量的符号在正文第一次出现时定义，对于同-个量，全文所用量的符号应相互- -致;(5)插图和表格要有序号和简明扼要的标题。图题在图形和图注之下，居中;表题在表体之上，居中。插图.表格的位置随文给出，先见文,后见图、表;(6)参考文献应在论文之后列出。参考文献表中应只列出最主要的、最新的、作者本人阅读过的、在正文中被引用过的，并且正式发表过的文献。按正文中被引用的先后顺序对其编码。文末参考文献请按GB/714-87《文后参考文献著录规则》依次列出，并在题名后标注文献类型标识: [M] -专著; [C] -论文集; [N] -报纸文章; [J]-期刊文章; [D] -学位论文; [R] -报告; [S] -标准; [P] -专利; [DB] -数据库; [CP] -计算机程序;[EB] -电子公告。3其他(1)在投稿的同时,请附言说明作者的简历(出生年、性别、民族、籍贯、学位、职称、当前研究课题及研究方向等)以及稿件所涉及的科研项目概况和有关的背景资料(若为基中国煤化工关项目,请提供有关文件的复印件，本刊将优先录用和发表);(2)本刊对所发稿件拥有版权,所载论文在向国内外文献检索HCNMHG(3)米稿请注明作者单位、通信地址、联系电话和邮政编码,作者请自留底稿,稿件- -律不退;(4)若通过E-mail投稿,请以附件的形式发至sxdl@snepc.comn。22 2006.No.2.月刊ht://ww.nepc.comE-meil: exdl@snepc.com.