摘要:簡(jiǎn)要介紹了華東地區火電機組典型的溫度計套管斷裂事故，分析了溫度計套管的應力和共振機理，提出了醉后的預防措施 近年來(lái)，許多發(fā)電機組發(fā)生了溫度計主蒸汽監測套管斷裂和泄漏事故，嚴重影響了機組的安全經(jīng)濟運行。 因此，許多電廠(chǎng)熱控專(zhuān)業(yè)與金屬專(zhuān)業(yè)合作，加強了溫度計套管的維護和檢查，并對溫度計套管的選擇和安裝采取了針對性措施，取得了良好的效果。 I. 溫度計套管斷裂案例熱電偶火電機組經(jīng)常使用熱電偶監控具有極高流量的高溫高壓蒸汽的溫度。以亞臨界機組為例，壓力為18MPa，溫度為540℃，流量可達40 ~ 60m/s，如此高的流量和高溫高壓會(huì )對溫度計套管產(chǎn)生很大影響，這是有害的。近年來(lái)發(fā)生的大量溫度計套管斷裂和泄漏事故充分表明，必須重視和加強溫度計套管的監督檢查 自2000年以來(lái)，華東地區發(fā)生了幾起典型的溫度計套管斷裂案例:(1)2000年9月27日，某自備電廠(chǎng)b鍋爐一次減溫器出口熱電偶溫度套管開(kāi)裂，噴出大量蒸汽。 停機和停機后，解體檢查發(fā)現裂紋出現在錐體和進(jìn)料之間的連接處，占整個(gè)圓周的70%。 (2)2005年6月5日，某電廠(chǎng)1號機組(125兆瓦)汽輪機調節級溫度計機殼泄漏，緊急停機搶修。 (3)2005年8月27日，某電廠(chǎng)1號機組(300兆瓦)由于主蒸汽測溫點(diǎn)溫度計套管接頭泄漏，緊急搶修停止。 (4)2006年7月25日，某電廠(chǎng)2號機組(600兆瓦)正常運行時(shí)，發(fā)現左側高壓主閥入口管性能測試測量點(diǎn)溫度計處套管接頭突然開(kāi)裂，大量蒸汽沖出，鍋爐立即停機搶修。 分析發(fā)現，焊縫中存在大面積的不完全熔合區。 (5)2008年3月12日，當工廠(chǎng)檢修的2號機組(600兆瓦)高壓缸解體時(shí)，發(fā)現爐側調節級蒸汽溫度測量元件溫度計的外殼下半部分斷裂，下落部分卡在*級靜葉片蒸汽進(jìn)口側。 二.典型溫度計套管斷裂原因分析通過(guò)對溫度計套管斷裂原因的分類(lèi)分析，大致如下:(1)溫度計套管受高速流體沖擊，載荷過(guò)大，應力超標；(2)溫度計套管本身的加工缺陷導致應力集中和易斷裂；(3)管道振動(dòng)過(guò)大導致溫度計套管疲勞損壞；(4)當流體流經(jīng)溫度計套管時(shí)，會(huì )引起溫度計套管振動(dòng)，即溫度計套管固有頻率和流體旋渦脫落頻率共振 這種共振現象將導致溫度計套管損壞加速，導致斷裂。 在實(shí)際應用中，經(jīng)常發(fā)現，即使一個(gè)套管運行6-10年甚至更長(cháng)時(shí)間，相同批次、相同尺寸和相同插入深度的溫度計套管也不會(huì )損壞，而另一個(gè)套管可能會(huì )在非常短的時(shí)間內斷裂。 例如，自2000年一座電廠(chǎng)的兩臺600兆瓦機組投入運行以來(lái)，2號機組溫度計的外殼已經(jīng)破裂兩次，而比它早一年投入運行的1號機組的外殼是安全的。通過(guò)分析比較，認為2號機組溫度計頻繁斷套管的主要原因是共振引起的套管溫度計應力疲勞。 2號機組溫度計套管斷裂照片見(jiàn)圖1 2.1 溫度計套管力分析圖2是溫度計套管安裝示意圖 溫度計套管的半徑為r，插入深度為l，管道中流體的壓力為p。為了便于分析，假設此時(shí)循環(huán)處于滿(mǎn)管狀態(tài)，圖3中示出了溫度計套管的橫截面應力 當該系統剛剛投入運行時(shí)，如圖2的上圖所示，溫度計套筒的插入部分的正面受到單向力，從而形成溫度計套筒圍繞其與管道的連接點(diǎn)的扭力系統 如果zui小承力單元為dx，zui小承力力矩單元為dm，則可以得到插入部分所承受的力矩m如下:流體流量穩定后的受力分析如圖4所示。此時(shí),溫度計套筒的前表面和后表面都受到壓力，但是由于溫度計套筒的阻力，導致一定的壓力損失，使得前表面上的壓力大于后表面上的壓力，并且該壓力差被設置為δ；P、[/k0/]套管的旋轉扭矩按公式(1)計算:2.2溫度計套管共振機理分析流體誘發(fā)振動(dòng)機理一般可分為旋渦脫落、紊流顫振和流體彈性擾動(dòng) 其中，旋渦脫落引起的振動(dòng)是較早研究和完善的一種機理。 在亞音速側向流中，如果任何鈍尾有足夠的后緣，就會(huì )發(fā)生旋渦脫落。 當渦流周期性地從物體的兩側分離時(shí)，物體上產(chǎn)生周期性的升力和阻力。 流線(xiàn)譜的這種變化將導致壓力分布的變化，從而導致作用在物體上的流體壓力的大小和方向的變化，這將導致物體在醉后振動(dòng) 通常溫度計渦脫落引起的套管振動(dòng)力非常小，可以忽略不計。 然而，當旋渦脫落的頻率接近溫度計套管的固有頻率時(shí)，將會(huì )出現以下現象:(1)& ldquo；拿著(zhù)。渦旋強度的現象是周期性的、高的和低的。尾流沿翼展長(cháng)度的相關(guān)性增加，阻力增加。導致側向升力增加2-3倍；(2)鎖頻(Frequency Locking)當旋渦的主頻非常接近溫度計套的振動(dòng)頻率時(shí)，旋渦頻率不再隨來(lái)流速度的增加而增加，而是保持與結構頻率相等，這叫做鎖頻 主導頻率不會(huì )改變，直到流速大到兩者的頻率相差很遠。(3)非線(xiàn)性耦合引起的失諧，zui的大穩定振幅并不出現在渦頻與結構固有頻率相等的地方，而是出現在鎖頻段的中間 因此，為避免共振現象，溫度計套管的設計應滿(mǎn)足以下關(guān)系:fs & mdash& mdash旋渦脫落頻率(流體沖擊引起的激勵頻率)；f1 & mdash& mdash溫度計套管的固有頻率 一般來(lái)說(shuō)，流體沖擊產(chǎn)生的激勵頻率遠低于溫度計套管的固有頻率，因此溫度計套管的設計應在無(wú)其他激勵的情況下滿(mǎn)足公式(3)的要求。 美國機械工程師協(xié)會(huì )標準規定渦流脫落頻率與溫度計套管固有頻率之比應小于0.8 如果不能滿(mǎn)足公式(3)的要求，則必須采取其他額外措施來(lái)避免共振現象 三.預防溫度計套管斷裂的措施根據上述理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗，為了提高溫度計套管的安全性和可靠性，延長(cháng)其使用壽命，應采取以下預防措施:(1)嚴格控制溫度計套管的插入深度 從等式(1)和(2)可以看出，當插入深度增加時(shí)，保護套管的應力增加兩倍。 由于大型機組主蒸汽的溫度和速度都達到了紊流狀態(tài)，靠近壁面的層流底層厚度通常很薄。 因此，當測量湍流狀態(tài)管道中的流體溫度時(shí)，僅通過(guò)將溫度計套管插入流體的等溫區域而不插入管道的中心點(diǎn)，就可以精確地測量流體溫度。 這樣，溫度計套管懸臂的長(cháng)度可以縮短，其端點(diǎn)的振幅可以有效地減小。 圖5顯示了層流和湍流條件下管道中流體的溫度場(chǎng)分布。 (2)在確保必要的溫度計套管強度的情況下，優(yōu)選溫度計套管的直徑 從公式(1)和公式(2)可以看出，當溫度計套筒的直徑增大時(shí)，表袋上的力線(xiàn)性增大。因此，在選擇手表包的直徑時(shí)，應合理地保證套筒的強度，共振危險區應盡可能錯開(kāi)。 (3)改變橫截面形狀并將表面加工成圖6所示的結構類(lèi)型，使得流體不會(huì )產(chǎn)生渦流脫落現象 (4)嚴格控制維修質(zhì)量，做好溫度計套管材質(zhì)檢查，結合機組大修做好接頭探傷工作，防止接頭裂紋、斷裂等異常事故的發(fā)生。 (5)系統投入運行時(shí)，避免管道閥門(mén)突然全開(kāi)。 從公式(1)可以看出溫度計套管在閥門(mén)剛剛投入運行時(shí)將承受很大的單向力。因此，系統剛投入運行時(shí)，應緩慢打開(kāi)閥門(mén)，逐漸增加系統壓力，盡可能減小溫度計套管前后壓差，避免因單向力過(guò)大造成套管斷裂事故。

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