1000MW超超临界机组双相不锈钢循环水泵异常断裂的失效分析及解决对策

摘要

作为超超临界火力发电机组的重要辅机，循环水泵运行的正常与否直接影响到整个火力发电机组的发电效率和安全运行。由于循环水泵所处的环境一般为强腐蚀性的海水，且在运行过程中不可避免会产生频繁的振动，用于循环水泵的材质需要具备极好的耐腐蚀性能和优异的力学性能。当前，双相不锈钢以其优异的力学性能和良好的耐腐蚀性能，广泛地应用在石油、化工、造纸、食品、军事以及海洋工业等领域，并成为火力发电机组用材料的最佳选择之一。
　　作为华东最大的火力发电厂之一，浙江某火力发电厂三期拥有两台一百万千瓦超超临界火力发电机组，该机组的循环水泵在国内首次选用2205双相不锈钢作为母材材质，设计服役寿命为三十年，但是运行不到一年便发生了大面积异常断裂的重大失效事故，严重影响到火力发电机组的正常运行，造成了巨大损失。
　　本文综合运用了失效分析的理论基础和基本方法，采用了一系列宏微观表征分析手段，从材料材质、制造工艺、运行工况、断口形貌等多方面对这一重大失效事故进行了系统的研究与分析，最终找出引发这一重大失效事故的根本原因，并提出行之有效的解决对策，具体从以下三个方面进行展开。
　　首先利用化学成分分析、金相组织观察、电子背散射衍射技术等对该超超临界机组循环水泵用双相不锈钢材质及焊接接头进行了检验，并利用摆锤式冲击试验机对母体材料冲击韧性进行评定，结果表明，循环水泵选用的母体材料成分、显微组织以及冲击韧性完全符合美国ASTM31803标准的要求，质量评定合格，但焊接接头中碳元素含量明显超标，并且存在铁素体相和奥氏体相比例不匹配的严重缺陷。这是引发焊接接头脆化、强度下降的重要原因之一。
　　其次对发生严重失效的循环水泵进行了全面的现场调查和合理的取样，确定了率先发生断裂失效的位置，利用三维体式显微镜(3D-OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等一系列宏微观分析手段分别对失效循环水泵的法兰、简体以及吊耳等部件进行了系统分析，结果表明，不同段法兰间拼接焊缝内严重的未焊透缺陷，是引发法兰率先发生断裂、进而引起整个循环水泵普遍发生异常断裂的根本原因，而简体的焊接处存在的未焊透和凝固裂纹等缺陷，是引起焊接接头强度显著下降、进而引发简体发生过早断裂的另一重要原因。
　　最后，本文根据这一分析结果，提出了对应的切实可行的解决措施，最终经采纳并实施，有效地解决了这一重大失效事故，保证了这两台百万级超超临界火力发电机组安全可靠地运行。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 失效与失效分析

1．1．2 失效分析的意义与任务

1．2 双相不锈钢国内外研究

1．2．1 双相不锈钢概述

1．2．2 双相不锈钢性能特点及应用现状

1．2．3 双相不锈钢可靠性研究

1．3 断裂力学理论研究与发展

1．4 课题研究的背景与意义

1．5 课题研究的内容与方法

第二章 在役循环水泵材质分析

2．1 引言

2．2 循环水泵概况

2．3 化学成分分析

2．4 金相组织分析

2．5 力学性能分析

2．5．1 冲击韧性评定

2．5．2 冲击断口分析

2．6 本章小结

第三章 循环水泵异常断裂失效分析

3．1 引言

3．2 循环水泵外观检查与取样

3．2．1 环境介质

3．2．2 外观检验

3．2．3 现场取样

3．3 断口一失效分析

3．3．1 宏观形貌分析

3．3．2 三维体式显微形貌分析

3．3．3 扫描电子显微形貌及能谱分析

3．4 断口二失效分析

3．4．1 宏观形貌分析

3．4．2 扫描电子显微形貌与能谱分析

3．5 断口三失效分析

3．6 分析与讨论

3．6．1 未焊透

3．6．2 焊缝区两相比例不匹配

3．6．3 断裂机理

3．7 本章小结

第四章 循环水泵吊耳与筒体断裂失效分析

4．1 概述

4．2 吊耳与筒体焊接结合处断裂分析

4．2．1 宏观形貌分析

4．2．2 扫描电子显微形貌及能谱分析

4．3 筒体与简体拼接焊缝分析

4．4 本章小结

第五章 结论与对策

5．1 结论

5．2 对策

参考文献

作者在攻读硕士期间发表或待发表的论文

致谢

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