材料失效分析報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院研究生課程（論文類）試卷2 0 15 / 2 0 16 學(xué)年 第 二 學(xué)期課程名稱： 材料失效分析與壽命評(píng)估 課程代碼： NX  學(xué)生姓名： 丁艷花 專業(yè)學(xué)號(hào)： 材料化學(xué)工程 學(xué)院： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 課程（論文）成績(jī)：課程（論文）評(píng)分依據(jù)（必填）：任課教師簽字： 日期： 年 月 日專心-專注-專業(yè)凝汽器鐵管管壁減薄的失效分析報(bào)告1.失效現(xiàn)象描述秦山第三核電公司1#700M W重水堆核能發(fā)電機(jī)組2A凝汽器。該凝汽器從2002年8月起投入使用,實(shí)際運(yùn)行時(shí)間8年左右。根據(jù)資料記載,1#機(jī)組第3次例行大修時(shí),管外壁減薄程度較輕,但在第4次例行大修

2、時(shí)發(fā)現(xiàn)管外壁減薄程度加深,在2010年5月第5次例行大修時(shí)發(fā)現(xiàn)部分鈦管外壁減薄現(xiàn)象相當(dāng)明顯。各機(jī)組凝汽器缺陷管主要分布在冷凝管塔式分布的最外側(cè)。據(jù)專業(yè)人員介紹,大修后對(duì)缺陷管抽管檢查后發(fā)現(xiàn),管壁減薄主要集中在支撐板處,減薄位置和減薄程度各不相同。如果讓異常減薄缺陷管繼續(xù)運(yùn)行,有可能引起管穿孔的泄漏事件。2.背景描述凝汽器是大型汽輪機(jī)循環(huán)設(shè)備中的重要環(huán)節(jié)。其中的冷凝管起到將蒸汽凝結(jié)成水的作用,是凝汽器中的核心部件。冷凝管一旦發(fā)生破損將導(dǎo)致冷卻水泄露并污染循環(huán)水,從而會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。因此冷凝管的選材質(zhì)量決定了凝汽器的安全可靠性與使用壽命。工業(yè)純鈦?zhàn)鳛槔淠茏畛Ｓ玫牟牧?具有良好

3、的力學(xué)性能與耐蝕性能。在復(fù)雜運(yùn)行工況下,純鈦材料仍有可能發(fā)生磨損、腐蝕等常見的材料失效現(xiàn)象,引發(fā)冷凝管破損并導(dǎo)致冷卻水泄露并污染循環(huán)水,由此對(duì)凝汽器的正常運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。若不找到這一過早失效的真正起因,并采取有效的防護(hù)措施,最終必將導(dǎo)致鈦管泄漏,不但經(jīng)濟(jì)損失巨大,甚至有可能引發(fā)重大安全事故。國(guó)內(nèi)關(guān)于凝汽器鈦管的案例的產(chǎn)生原因大致可分為以下幾類：第一類,由于相關(guān)方面施工建造時(shí)就存在不當(dāng)操作或不當(dāng)設(shè)計(jì)導(dǎo)致運(yùn)行中出現(xiàn)落物砸傷或凝汽器自身運(yùn)行故障。如國(guó)華太倉(cāng)發(fā)電超臨界機(jī)組發(fā)生凝汽器鈦管泄露導(dǎo)致冷凝水水質(zhì)不合格,其原因在于上部低壓加熱器表面隔板未按規(guī)定安裝,導(dǎo)致隔板掉落砸傷引起泄露。再如未充分考慮到鈦

4、管共振問題由于鈦管本身管壁極薄(0.5mm到0.7mm),強(qiáng)烈的震動(dòng)極易導(dǎo)致鐵管破裂引起泄露,這點(diǎn)在寶鋼電廠與大亞灣核電站的運(yùn)行中已經(jīng)得到了證實(shí)此外還存在著鈦管板間焊接質(zhì)量不良，鐵管與支撐板鏜孔脹接時(shí)脹接率不高等問題。第二類,在施工安裝時(shí)并未有明顯問題出現(xiàn),而是在具體運(yùn)行中由于環(huán)境作用或檢修操作而引起的。一般而言,凝汽器在運(yùn)行中由于管側(cè)通入為海洋水,因此海洋水中的異物混入是凝汽器正常運(yùn)行中出現(xiàn)故障的一大原因。如臺(tái)州發(fā)電廠凝汽器鈦管發(fā)生泄漏的最主要原因即是貝類和泥沙進(jìn)入管內(nèi)引起磨損與沖刷。另一主要原因則是鐵金屬本身易發(fā)生氫脆反應(yīng),導(dǎo)致鈦氫化物生成進(jìn)而破損斷裂。國(guó)際上由于英、美、日等國(guó)率先開始鈦材

5、在發(fā)電站凝汽器的應(yīng)用,因此對(duì)于這方面的研究很早就開始進(jìn)行,其研究范圍也相當(dāng)廣泛。但鈦管發(fā)生故障的原因與國(guó)內(nèi)的有關(guān)報(bào)道具有一定相似性。其中異物沖刷與氫脆是報(bào)道最多的兩個(gè)失效原因。Shalaby等報(bào)道的凝汽器鈦管失效案例,由于海水側(cè)貝殼等雜物進(jìn)入發(fā)生磨損導(dǎo)致的。此外他們也報(bào)道了凝汽器內(nèi)部鈦管與黃銅管板發(fā)生腐蝕的案例,指出了氫脆現(xiàn)象在海水水溫升高的環(huán)境下較易發(fā)生。Fulford等人則通過對(duì)美國(guó)佛羅里達(dá)公司電站發(fā)生的不同幾個(gè)鈦管失效樣品，分析發(fā)現(xiàn)，在海水側(cè)的陰極保護(hù)不足情況下鈦管極易發(fā)生氫脆現(xiàn)象進(jìn)而引起冷凝器發(fā)生事故。他們利用力學(xué)與環(huán)境實(shí)驗(yàn)輔以模擬分析驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)3.失效分析過程 針對(duì)該凝汽器中失效

6、鈦管的管壁異常減薄現(xiàn)象展開失效分析。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和取樣,并對(duì)得到的樣品進(jìn)行一系列的試驗(yàn)和分析。為此,綜合運(yùn)用失效分析的基礎(chǔ)理論與表征分析方法,從以下兩方面對(duì)秦山三期核電機(jī)組凝汽器鈦管的這一失效現(xiàn)象進(jìn)行研究。首先,采用化學(xué)成分分析、金相組織觀察、力學(xué)性能測(cè)試等手段對(duì)取得的在役鈦管進(jìn)行了檢驗(yàn),并對(duì)常溫拉伸斷口進(jìn)行了微觀形貌觀察。結(jié)果表明,所用的工業(yè)純鈦管組織結(jié)構(gòu)與各項(xiàng)性能均符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求,材質(zhì)評(píng)定合格,因此失效原因主要來(lái)自于外界作用而非材質(zhì)問題。其次,對(duì)發(fā)生異常減薄的冷凝管進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與取樣。由于減薄管表面磨損區(qū)的位置與形貌均存在明顯的差異,因此采用掃描電鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS),以

7、及三維體式顯微鏡(3D-OM)等儀器,對(duì)磨損面進(jìn)行了形貌觀察與成分分析;同時(shí),對(duì)鈦管表面沉積物收集后進(jìn)行了熱重分析(TGA)、紅外光譜分析(FTIR)與X射線衍射分析(XRD)。結(jié)果表明,鈦管管壁減薄的主要原因是由于鏜孔本身加工不良、加之支撐鋼板表面的銹蝕物進(jìn)入導(dǎo)致的接觸磨損。此外存在異物顆粒造成三體接觸磨損,開機(jī)時(shí)熱應(yīng)力作用等因素,最終導(dǎo)致管壁異常減薄。此外,在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研時(shí)還發(fā)現(xiàn)了少量的點(diǎn)蝕鈦管。取樣后經(jīng)SEM、EDS、3D-OM等分析,并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況后確認(rèn),這是由于旁排蒸汽作用下發(fā)生的氣蝕效應(yīng)所引起的。綜上分析可知,凝汽器鈦管發(fā)生過早失效的主要原因是由于鏜孔加工不良、支撐板表面銹蝕物流掛

8、、異物顆?；烊?、開機(jī)溫度梯度熱效應(yīng)、旁排蒸汽影響等幾方面的交互作用引起的。針對(duì)這一分析結(jié)果,提出了相應(yīng)的一系列解決措施,例如鏜孔檢測(cè)打磨、清理支撐板表面銹蝕物等。經(jīng)采納了這一快速、簡(jiǎn)單、有效的失效分析方法及預(yù)防措施后,防止了失效的再次發(fā)生,減少了經(jīng)濟(jì)損失,確保了凝汽器的安全可靠運(yùn)行。4.失效分析結(jié)論 通過運(yùn)用一系列表征分析方法,對(duì)秦山三期凝汽器鈦管管壁異常減薄與鈦管氣蝕的案例進(jìn)行了失效分析,得出以下結(jié)論:所用凝汽器鈦管是TA1級(jí)a相工業(yè)純鈦管,材質(zhì)的化學(xué)成分、金相組織、顯微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等均滿足ASMESB338 Gr.2標(biāo)準(zhǔn)的要求,材質(zhì)評(píng)定合格。凝汽器管側(cè)海水和殼側(cè)蒸汽等環(huán)境介質(zhì)及現(xiàn)有的溫度

9、、壓力、流速等工藝參數(shù)不會(huì)對(duì)鈦管產(chǎn)生顯著的沖刷磨損和腐蝕磨損作用,但停機(jī)和啟動(dòng)時(shí)的溫度梯度會(huì)對(duì)鈦管產(chǎn)生短時(shí)的磨損效應(yīng)。另外,旁路過飽和蒸汽的釋放也會(huì)對(duì)管子產(chǎn)生短時(shí)的沖刷作用及震動(dòng)。部分鈦管的管壁出現(xiàn)了過度減薄的現(xiàn)象,這些缺陷管主要分布在支撐板處,其減薄原因主要有以下幾個(gè)方面:第一,安裝時(shí)部分鏜孔表面加工不良或鏜孔不平整,導(dǎo)致鈦管在運(yùn)行時(shí)因接觸震動(dòng)而發(fā)生選擇性的局部磨損;第二,支撐板上生成的鐵的氧化物流掛到鏜孔內(nèi)引起鏜孔表面不平,從而在鈦管隨機(jī)震動(dòng)下鈦管與這些不平表面產(chǎn)生不對(duì)稱的接觸磨損;第三,檢修時(shí)有異物顆粒帶入了殼側(cè)或安裝時(shí)遺留了異物顆粒,在氣流作用下個(gè)別顆粒被沉積在鏜孔內(nèi),從而對(duì)鈦管表面產(chǎn)

10、生了三體接觸磨損;第四,開停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的短時(shí)溫度梯度及其變化,管子因熱變形量使個(gè)別鈦管在支撐板處發(fā)生受壓后偏心接觸,從而產(chǎn)生局部的選擇性磨損;第五,停機(jī)檢修時(shí),沉積在管板鏜孔處的腐蝕物與鈦管表面形成了電偶腐蝕;第六,根據(jù)工藝要求,旁側(cè)高壓蒸汽釋放時(shí)會(huì)有流體沖擊和震動(dòng)效應(yīng),對(duì)與蒸汽直接接觸的鈦管表面產(chǎn)生了沖刷磨損和空泡腐蝕效應(yīng)。但這僅是一種個(gè)別現(xiàn)象。以上因素中的一種或多種的相互作用導(dǎo)致了鈦管管壁減薄的發(fā)生。5.建議改善措施針對(duì)以上的結(jié)論,提出以下的措施對(duì)策以避免發(fā)生異常減薄:第一,凡是引起管壁減薄嚴(yán)重的支撐板鏜孔,在停機(jī)檢修時(shí)在有可能的操作條件下進(jìn)行打磨平整處理,對(duì)孔徑不均勻性也要進(jìn)行加工,以消除鏜孔加工缺陷對(duì)管子產(chǎn)生的選擇性接觸磨損。第二,每次停機(jī)維護(hù)時(shí),支撐板側(cè)面的銹蝕物要盡量清理干凈,防止其流掛沉積到鏜孔內(nèi)對(duì)管子產(chǎn)生不規(guī)則接觸磨損。第三,在凝汽器停機(jī)檢查時(shí),要避免任