电厂压力管道检验

电厂压力管道检验检验检测室整理于二○一○年十二月电厂管道检验——管道所属类别一、电厂压力管道的所属类别TSG D3001‐2009《压力管道安装许可规则》附件A：TSG R1001‐2008《压力容器压力管道设计许可规则》附件B：A3/B3GC类(工业管道)：工业管道是指企业、事业单位所属的用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道及辅助管道，划分为GC1级、GC2级、GC3级。A4/B4GD类(动力管道)：火力发电厂用于输送蒸汽、水汽两相介质的管道，划分为GD1级、GD2级。电厂管道检验——管道所属类别一、电厂压力管道的所属类别1、TSG Z7001‐2004《特种设备检验检测机构核准规则》（包括2007年、2009年两次修改单）并未提及对于GD类管道的检验资格。2、对于GD类管道来说，国家有关部委同样未出台类似TSG D0001‐2009《压力管道安全技术监察规程—工业管道》或者是TSG D7004‐2010《压力管道定期检验规则‐公用管道》的相关规定所以我个人认为从**石化的特性出发，电厂管道的定期检验应按照“GC类工业管道”的有关规定实施，但同时还应参考《电站锅炉压力容器检验规程》的有关条款执行。电厂管道检验——管道特性二、电厂压力管道特性1、高温：就目前热电事业部压力管道的工作温度来看，主蒸汽管道一般为540 ℃2、开停车温差较大3、管道经水汽两相介质的冲刷较为普遍电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效1、高温：材质劣化材质劣化分类：珠光体的球化、石墨化、蠕变、回火脆化2、开停车温差较大常温下材料力学性能较差管道及其支撑件变形较为严重3、冲刷较为普遍造成压力管道管件冲刷减薄及氧化腐蚀电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效A、珠光体球化定义（DL/T674《火电厂用20号钢珠光体球化评级标准》）（DL/T773《火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准》）钢在高温长期使用过程中，组织中的珠光体将发生球化现象，即珠光体中的渗碳体的形态逐渐转变才成为粒状碳化物。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效A片状珠光体金相组织（原始态、1级）珠光体：铁素体和渗碳体的混合物，由铁素体、渗碳体相间排列的片层状组织。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效A珠光体球化后金相组织（完全球化、5级）电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效A珠光体球化后常温性能变化（取20号钢进行比较）球化级别1级未球化（原始态）2级倾向性球化3级轻度球化4级中度球化5级完全球化抗拉强度σb  MPa455423416382363抗拉强度降低情况100%93.0%91.4%84.0%79.8%屈服强度σ0.2  MPa325266262247246屈服强度降低情况100%81.8%80.6%76%75.7%伸长率δ5  %3540434342断面收缩率ψ%6469717574HB141127126120116显微硬度（铁素体）12411110510095电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效A注：不同材质的球化程度分类有所不同，如12Cr1MoV球化程度虽同样分为5级但五种程度分别为：未球化（原始态）、轻度球化、中度球化、完全球化和严重球化。应查询和参照相关标准执行。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效B、石墨化定义（DL/T786《碳钢石墨化检验及评级标准》）石墨化是指钢中渗碳体分解成为游离态的碳，并逐渐以石墨形式析出的现象。在高温（T≥350℃）下长期服役的碳钢部件均有可能产生石墨，温度越高，石墨化速度就越快。焊接接头的熔合线和热影响区部位、弯管及变截面管的内壁、外壁附近，及温度较高、应力较大部位，石墨化程度较严重，是检验的重点部位。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效B石墨化评级示意图电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效B石墨化评级实际图片电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效B石墨化程度分级表级别面积百分比%石墨链长μm延伸率δ%断面收缩率ψ%冲击值Akv  J弯曲角°1  轻度320245060902  明显≥3~7≥20~3010~3015~5030~7050~1003  显著7~1530~606~206~2020~4020~704  严重15~306010102030电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效C、蠕变定义在高温环境下，只要温度达到一定的程度，钢材受到的拉应力即使低于该温度下的屈服强度，也会随时间的延长而发生缓慢持续的变形（伸长），这就是钢材的蠕变现象。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效C一般认为，材料的使用温度不高于它的熔化温度的25%~35%，则可不考虑蠕变影响。按照右图可以看到，一般情况温度大于1500℃×25%＝375℃应考虑蠕变失效。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效C蠕变失效断裂显微组织1•材料：Cr25Ni20•工艺情况：固溶处理•组织说明：790℃温度及3.8kPa工作压力下长期使用的高铬镍不锈钢管，在晶界处出现空穴。此为蠕变后阶段显微组织特征。通常情况下，蠕变形成的空穴有两种形态：一种是空穴呈圆形或椭圆形，这是在高温、低应力条件下产生的蠕变特征，进一步发展形成沿晶韧性断口；另一种是在高应力、较低温度作用下产生，其特征是首先在三角晶界处形成楔形空穴，空穴长大扩展后形成脆性沿晶断口。图中所示为圆形和椭圆形空穴为主的蠕变失效。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效C蠕变失效断裂显微组织2•材料：Cr25Ni20•工艺情况：固溶处理•组织说明：晶界上形成蠕变穴，其中一条界上的圆形及椭圆形的空穴已连成裂纹，裂纹两侧有氧化物。同样，断裂后的断口上往往可见有较厚的氧化物覆盖。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效C从上述两张蠕变失效断裂显微组织图中我们可以看到，蠕变断裂是一种沿晶断裂，但蠕变破坏是还有很多特征，如破坏时具有明显的塑性变形，变形量的大小视材料的塑性而定，蠕变断裂其宏观断口通常呈粗糙的颗粒状，无明显减薄，无金属光泽，并伴有许多小蠕变裂纹。另外还有一个问题值得注意，虽宏观上未造成裂纹等缺陷，但由于失去原有功效使工件失效，那就是蠕变失效中的应力松弛。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效D、电厂管道使用温度540℃、停车缓冷条件、电厂管道中的高温管道一般采用10CrMo910或者12Cr1MoV回火脆性：大多数低合金钢在350℃~600℃温度范围长期使用时，材料会发生脆化，这种脆化称之为回火脆化，材料发生回火脆化则很容易出现裂纹。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效D对于有回火脆性倾向的钢材，必须严格避免在较低温度下承受载荷，在装置开停车过程中必须保证材料在不出现脆化的温度时加载或卸载，并且使升降温（压）速度尽量缓慢，否则有可能发生突发的脆性破坏事故。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效E、管道中介质对于管件的影响Ⅰ、冲刷由于电厂主蒸汽管道一般介质流速为40～60m/s，所以在主蒸汽管道内壁收到了介质非常严重的冲刷，可能引起管壁的减薄，特别是易产生紊流的位置。其他管道次之。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效EⅡ、水蒸汽高温氧化高温氧化：金属在高温下和其周围环境中的氧作用，生成金属氧化物的过程称为金属的高温氧化，除氧气外，CO2、H2O、SO2、H2S也引起高温氧化，其中水蒸气具有特别强的作用。电厂管道检验——管道失效形式二、电厂压力管道失效EⅡ、水蒸汽高温氧化作为电厂管道来说，第一温度较高、第二介质为高压水或者是水蒸汽。所以管道面临的高温氧化环境较为恶劣。此外由于管道内部又有介质的高速冲刷，使初始高温氧化产生的氧化膜被介质冲刷露出金属本体，所以管道内壁的高温氧化较之外壁更为严重。电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施1、检验重点项目：管道本体及支撑件宏观检查、壁厚减薄情况检查、埋藏及表面缺陷无损检测、材质劣化检查、材质成份检查、蠕变检查、弯管不圆度检查电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施2、各检查项目注意事项：A、管道本体及支撑件宏观检查前面已经介绍了电厂管道的特性，由于受到管道工况温度较高的影响，在实施管道宏观检查时我们要更加注重对于管道及其支吊架等附属设施的整体变形量的检查，以及相关各个部件各自变形的观察，以确定管道是否出现了过度变形及有关支吊架有无应力松弛情况的发生。（注：由于电厂高温管道均采用焊接形式故应力松弛仅会发生在支吊架处）电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施2、各检查项目注意事项：B、壁厚减薄情况检查由于管道受冲刷及高温氧化等的影响，对于管道可能壁厚减薄的部位应进行重点检查，如弯管的外弯处、管件焊缝边缘处、阀门出口位置等，由于受到测厚仪检测速度的限制，上述位置的壁厚减薄检查应结合超声检测，采用直探头扫查的方式进行检查。电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施2、各检查项目注意事项：C、埋藏及表面缺陷无损检测Ⅰ、按照DL/T 869‐2004《火力发电厂焊接技术规程》对于焊接接头无损检测比例要求，电厂主蒸汽管道安装期间就是执行的100%的检查比例，所以在用检查时对于制造质量的检查重点应放在其他管道上。电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施2、各检查项目注意事项：C、埋藏及表面缺陷无损检测Ⅱ、但前面已经讲到了回火脆性的情况，在检查时，我们应该注意到，对于温度较高，同时管件使用的材质又是12Cr1MoV等有回火脆性倾向的，在检验时必须对管道运行时高温侧进行一定比例的无损检测，此处应注意内外表面的检查，外表可以采用MT等方法，内表则可采用超声检测。此外弯管的外弯测也是值得关注的地方。电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施2、各检查项目注意事项：D、材质劣化检查对于珠光体球化、石墨化等材质变化及蠕变均可采用金相结合硬度检查的方式开展检查，考虑到焊缝及热影响区等部位发生劣化的可能性大于管件本身的特点，在检查时我们更应该关注高温测的焊缝及热影响区。电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施2、各检查项目注意事项：D、材质劣化检查此处需要特别指出的是DL/T647《火电厂用20号钢珠光体球化评级标准》、DL/T786《碳钢石墨化检验及评级标准》、DL/T773《火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准》要求20#钢珠光体球化评级需要在250倍或更高、石墨化评级需要在500倍、12Cr1MoV钢球化评级需要在200倍或更高的放大倍率下进行评定。电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施2、各检查项目注意事项：E、材质成份检查材质成份的检查主要针对的是合金钢材质管道，对于电厂的管道来说也就是那些使用在高温工况下的管道，主要是为了确定管件中Cr、Mo等元素的含量，以综合评定管道材质的性能。（Cr可以降低珠光体球化倾向、防止石墨化；Mo可抑制回火脆性，但可能促进钢的石墨化）电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施2、各检查项目注意事项：F、蠕变检查由于前面已经提到，蠕变失效时会有较大塑性变形，此外蠕变发展到一定程度还会在金相组织上出现蠕变孔洞的情况，此时管道将不能满足安全使用的要求。出于监控的需要，一般电厂压力管道中温度最高的主蒸汽管道会在使用中的高温侧选择一处方便作业的位置设置蠕胀测点。电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施2、各检查项目注意事项：F、蠕变检查Ⅰ、相关标准：DL/T441《火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督规程》中规定了蠕变截面的设计、测量及监督的技术管理。电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施2、各检查项目注意事项：F、蠕变检查Ⅱ、蠕变测量方法：按照标准要求可用蠕变测点及蠕变测量标记，并要求对一些在焊接测点座时易出裂纹的高合金钢管道及厚壁钢管，应选择蠕变测量标记。电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检验实施2、各检查项目注意事项：F、蠕变检查Ⅱ、蠕变测量方法：（1）蠕变测点电厂管道检验——检验实施三、电厂压力检