温度计套管断裂原因分析

摘要:简要介绍了华东地区火电机组典型的温度计套管断裂事故，分析了温度计套管的应力和共振机理，提出了醉后的预防措施 近年来，许多发电机组发生了温度计主蒸汽监测套管断裂和泄漏事故，严重影响了机组的安全经济运行。 因此，许多电厂热控专业与金属专业合作，加强了温度计套管的维护和检查，并对温度计套管的选择和安装采取了针对性措施，取得了良好的效果。 I. 温度计套管断裂案例热电偶火电机组经常使用热电偶监控具有极高流量的高温高压蒸汽的温度。以亚临界机组为例，压力为18MPa，温度为540℃，流量可达40 ~ 60m/s，如此高的流量和高温高压会对温度计套管产生很大影响，这是有害的。近年来发生的大量温度计套管断裂和泄漏事故充分表明，必须重视和加强温度计套管的监督检查 自2000年以来，华东地区发生了几起典型的温度计套管断裂案例:(1)2000年9月27日，某自备电厂b锅炉一次减温器出口热电偶温度套管开裂，喷出大量蒸汽。 停机和停机后，解体检查发现裂纹出现在锥体和进料之间的连接处，占整个圆周的70%。 (2)2005年6月5日，某电厂1号机组(125兆瓦)汽轮机调节级温度计机壳泄漏，紧急停机抢修。 (3)2005年8月27日，某电厂1号机组(300兆瓦)由于主蒸汽测温点温度计套管接头泄漏，紧急抢修停止。 (4)2006年7月25日，某电厂2号机组(600兆瓦)正常运行时，发现左侧高压主阀入口管性能测试测量点温度计处套管接头突然开裂，大量蒸汽冲出，锅炉立即停机抢修。 分析发现，焊缝中存在大面积的不完全熔合区。 (5)2008年3月12日，当工厂检修的2号机组(600兆瓦)高压缸解体时，发现炉侧调节级蒸汽温度测量元件温度计的外壳下半部分断裂，下落部分卡在*级静叶片蒸汽进口侧。 二.典型温度计套管断裂原因分析通过对温度计套管断裂原因的分类分析，大致如下:(1)温度计套管受高速流体冲击，载荷过大，应力超标；(2)温度计套管本身的加工缺陷导致应力集中和易断裂；(3)管道振动过大导致温度计套管疲劳损坏；(4)当流体流经温度计套管时，会引起温度计套管振动，即温度计套管固有频率和流体旋涡脱落频率共振 这种共振现象将导致温度计套管损坏加速，导致断裂。 在实际应用中，经常发现，即使一个套管运行6-10年甚至更长时间，相同批次、相同尺寸和相同插入深度的温度计套管也不会损坏，而另一个套管可能会在非常短的时间内断裂。 例如，自2000年一座电厂的两台600兆瓦机组投入运行以来，2号机组温度计的外壳已经破裂两次，而比它早一年投入运行的1号机组的外壳是安全的。通过分析比较，认为2号机组温度计频繁断套管的主要原因是共振引起的套管温度计应力疲劳。 2号机组温度计套管断裂照片见图1 2.1 温度计套管力分析图2是温度计套管安装示意图 温度计套管的半径为r，插入深度为l，管道中流体的压力为p。为了便于分析，假设此时循环处于满管状态，图3中示出了温度计套管的横截面应力 当该系统刚刚投入运行时，如图2的上图所示，温度计套筒的插入部分的正面受到单向力，从而形成温度计套筒围绕其与管道的连接点的扭力系统 如果zui小承力单元为dx，zui小承力力矩单元为dm，则可以得到插入部分所承受的力矩m如下:流体流量稳定后的受力分析如图4所示。此时,温度计套筒的前表面和后表面都受到压力，但是由于温度计套筒的阻力，导致一定的压力损失，使得前表面上的压力大于后表面上的压力，并且该压力差被设置为δ；P、[/k0/]套管的旋转扭矩按公式(1)计算:2.2温度计套管共振机理分析流体诱发振动机理一般可分为旋涡脱落、紊流颤振和流体弹性扰动 其中，旋涡脱落引起的振动是较早研究和完善的一种机理。 在亚音速侧向流中，如果任何钝尾有足够的后缘，就会发生旋涡脱落。 当涡流周期性地从物体的两侧分离时，物体上产生周期性的升力和阻力。 流线谱的这种变化将导致压力分布的变化，从而导致作用在物体上的流体压力的大小和方向的变化，这将导致物体在醉后振动 通常温度计涡脱落引起的套管振动力非常小，可以忽略不计。 然而，当旋涡脱落的频率接近温度计套管的固有频率时，将会出现以下现象:(1)& ldquo；拿着。涡旋强度的现象是周期性的、高的和低的。尾流沿翼展长度的相关性增加，阻力增加。导致侧向升力增加2-3倍；(2)锁频(Frequency Locking)当旋涡的主频非常接近温度计套的振动频率时，旋涡频率不再随来流速度的增加而增加，而是保持与结构频率相等，这叫做锁频 主导频率不会改变，直到流速大到两者的频率相差很远。(3)非线性耦合引起的失谐，zui的大稳定振幅并不出现在涡频与结构固有频率相等的地方，而是出现在锁频段的中间 因此，为避免共振现象，温度计套管的设计应满足以下关系:fs & mdash& mdash旋涡脱落频率(流体冲击引起的激励频率)；f1 & mdash& mdash温度计套管的固有频率 一般来说，流体冲击产生的激励频率远低于温度计套管的固有频率，因此温度计套管的设计应在无其他激励的情况下满足公式(3)的要求。 美国机械工程师协会标准规定涡流脱落频率与温度计套管固有频率之比应小于0.8 如果不能满足公式(3)的要求，则必须采取其他额外措施来避免共振现象 三.预防温度计套管断裂的措施根据上述理论分析和实践经验，为了提高温度计套管的安全性和可靠性，延长其使用寿命，应采取以下预防措施:(1)严格控制温度计套管的插入深度 从等式(1)和(2)可以看出，当插入深度增加时，保护套管的应力增加两倍。 由于大型机组主蒸汽的温度和速度都达到了紊流状态，靠近壁面的层流底层厚度通常很薄。 因此，当测量湍流状态管道中的流体温度时，仅通过将温度计套管插入流体的等温区域而不插入管道的中心点，就可以精确地测量流体温度。 这样，温度计套管悬臂的长度可以缩短，其端点的振幅可以有效地减小。 图5显示了层流和湍流条件下管道中流体的温度场分布。 (2)在确保必要的温度计套管强度的情况下，优选温度计套管的直径 从公式(1)和公式(2)可以看出，当温度计套筒的直径增大时，表袋上的力线性增大。因此，在选择手表包的直径时，应合理地保证套筒的强度，共振危险区应尽可能错开。 (3)改变横截面形状并将表面加工成图6所示的结构类型，使得流体不会产生涡流脱落现象 (4)严格控制维修质量，做好温度计套管材质检查，结合机组大修做好接头探伤工作，防止接头裂纹、断裂等异常事故的发生。 (5)系统投入运行时，避免管道阀门突然全开。 从公式(1)可以看出温度计套管在阀门刚刚投入运行时将承受很大的单向力。因此，系统刚投入运行时，应缓慢打开阀门，逐渐增加系统压力，尽可能减小温度计套管前后压差，避免因单向力过大造成套管断裂事故。

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