摘要:簡(jiǎn)要介紹了華東地區(qū)火電機(jī)組典型的溫度計(jì)套管斷裂事故，分析了溫度計(jì)套管的應(yīng)力和共振機(jī)理，提出了醉后的預(yù)防措施 近年來(lái)，許多發(fā)電機(jī)組發(fā)生了溫度計(jì)主蒸汽監(jiān)測(cè)套管斷裂和泄漏事故，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 因此，許多電廠熱控專業(yè)與金屬專業(yè)合作，加強(qiáng)了溫度計(jì)套管的維護(hù)和檢查，并對(duì)溫度計(jì)套管的選擇和安裝采取了針對(duì)性措施，取得了良好的效果。 I. 溫度計(jì)套管斷裂案例熱電偶火電機(jī)組經(jīng)常使用熱電偶監(jiān)控具有極高流量的高溫高壓蒸汽的溫度。以亞臨界機(jī)組為例，壓力為18MPa，溫度為540℃，流量可達(dá)40 ~ 60m/s，如此高的流量和高溫高壓會(huì)對(duì)溫度計(jì)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(jì)套管斷裂和泄漏事故充分表明，必須重視和加強(qiáng)溫度計(jì)套管的監(jiān)督檢查 自2000年以來(lái)，華東地區(qū)發(fā)生了幾起典型的溫度計(jì)套管斷裂案例:(1)2000年9月27日，某自備電廠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(jī)和停機(jī)后，解體檢查發(fā)現(xiàn)裂紋出現(xiàn)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1號(hào)機(jī)組(125兆瓦)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)溫度計(jì)機(jī)殼泄漏，緊急停機(jī)搶修。 (3)2005年8月27日，某電廠1號(hào)機(jī)組(300兆瓦)由于主蒸汽測(cè)溫點(diǎn)溫度計(jì)套管接頭泄漏，緊急搶修停止。 (4)2006年7月25日，某電廠2號(hào)機(jī)組(600兆瓦)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)左側(cè)高壓主閥入口管性能測(cè)試測(cè)量點(diǎn)溫度計(jì)處套管接頭突然開(kāi)裂，大量蒸汽沖出，鍋爐立即停機(jī)搶修。 分析發(fā)現(xiàn)，焊縫中存在大面積的不完全熔合區(qū)。 (5)2008年3月12日，當(dāng)工廠檢修的2號(hào)機(jī)組(600兆瓦)高壓缸解體時(shí)，發(fā)現(xiàn)爐側(cè)調(diào)節(jié)級(jí)蒸汽溫度測(cè)量元件溫度計(jì)的外殼下半部分?jǐn)嗔?，下落部分卡?級(jí)靜葉片蒸汽進(jìn)口側(cè)。 二.典型溫度計(jì)套管斷裂原因分析通過(guò)對(duì)溫度計(jì)套管斷裂原因的分類分析，大致如下:(1)溫度計(jì)套管受高速流體沖擊，載荷過(guò)大，應(yīng)力超標(biāo)；(2)溫度計(jì)套管本身的加工缺陷導(dǎo)致應(yīng)力集中和易斷裂；(3)管道振動(dòng)過(guò)大導(dǎo)致溫度計(jì)套管疲勞損壞；(4)當(dāng)流體流經(jīng)溫度計(jì)套管時(shí)，會(huì)引起溫度計(jì)套管振動(dòng)，即溫度計(jì)套管固有頻率和流體旋渦脫落頻率共振 這種共振現(xiàn)象將導(dǎo)致溫度計(jì)套管損壞加速，導(dǎo)致斷裂。 在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，即使一個(gè)套管運(yùn)行6-10年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，相同批次、相同尺寸和相同插入深度的溫度計(jì)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(nèi)斷裂。 例如，自2000年一座電廠的兩臺(tái)600兆瓦機(jī)組投入運(yùn)行以來(lái)，2號(hào)機(jī)組溫度計(jì)的外殼已經(jīng)破裂兩次，而比它早一年投入運(yùn)行的1號(hào)機(jī)組的外殼是安全的。通過(guò)分析比較，認(rèn)為2號(hào)機(jī)組溫度計(jì)頻繁斷套管的主要原因是共振引起的套管溫度計(jì)應(yīng)力疲勞。 2號(hào)機(jī)組溫度計(jì)套管斷裂照片見(jiàn)圖1 2.1 溫度計(jì)套管力分析圖2是溫度計(jì)套管安裝示意圖 溫度計(jì)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(shè)此時(shí)循環(huán)處于滿管狀態(tài)，圖3中示出了溫度計(jì)套管的橫截面應(yīng)力 當(dāng)該系統(tǒng)剛剛投入運(yùn)行時(shí)，如圖2的上圖所示，溫度計(jì)套筒的插入部分的正面受到單向力，從而形成溫度計(jì)套筒圍繞其與管道的連接點(diǎn)的扭力系統(tǒng) 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(wěn)定后的受力分析如圖4所示。此時(shí),溫度計(jì)套筒的前表面和后表面都受到壓力，但是由于溫度計(jì)套筒的阻力，導(dǎo)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(shè)置為δ；P、[/k0/]套管的旋轉(zhuǎn)扭矩按公式(1)計(jì)算:2.2溫度計(jì)套管共振機(jī)理分析流體誘發(fā)振動(dòng)機(jī)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(jī)理。 在亞音速側(cè)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(dāng)渦流周期性地從物體的兩側(cè)分離時(shí)，物體上產(chǎn)生周期性的升力和阻力。 流線譜的這種變化將導(dǎo)致壓力分布的變化，從而導(dǎo)致作用在物體上的流體壓力的大小和方向的變化，這將導(dǎo)致物體在醉后振動(dòng) 通常溫度計(jì)渦脫落引起的套管振動(dòng)力非常小，可以忽略不計(jì)。 然而，當(dāng)旋渦脫落的頻率接近溫度計(jì)套管的固有頻率時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象:(1)& ldquo；拿著。渦旋強(qiáng)度的現(xiàn)象是周期性的、高的和低的。尾流沿翼展長(zhǎng)度的相關(guān)性增加，阻力增加。導(dǎo)致側(cè)向升力增加2-3倍；(2)鎖頻(Frequency Locking)當(dāng)旋渦的主頻非常接近溫度計(jì)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(jié)構(gòu)頻率相等，這叫做鎖頻 主導(dǎo)頻率不會(huì)改變，直到流速大到兩者的頻率相差很遠(yuǎn)。(3)非線性耦合引起的失諧，zui的大穩(wěn)定振幅并不出現(xiàn)在渦頻與結(jié)構(gòu)固有頻率相等的地方，而是出現(xiàn)在鎖頻段的中間 因此，為避免共振現(xiàn)象，溫度計(jì)套管的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下關(guān)系:fs & mdash& mdash旋渦脫落頻率(流體沖擊引起的激勵(lì)頻率)；f1 & mdash& mdash溫度計(jì)套管的固有頻率 一般來(lái)說(shuō)，流體沖擊產(chǎn)生的激勵(lì)頻率遠(yuǎn)低于溫度計(jì)套管的固有頻率，因此溫度計(jì)套管的設(shè)計(jì)應(yīng)在無(wú)其他激勵(lì)的情況下滿足公式(3)的要求。 美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定渦流脫落頻率與溫度計(jì)套管固有頻率之比應(yīng)小于0.8 如果不能滿足公式(3)的要求，則必須采取其他額外措施來(lái)避免共振現(xiàn)象 三.預(yù)防溫度計(jì)套管斷裂的措施根據(jù)上述理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為了提高溫度計(jì)套管的安全性和可靠性，延長(zhǎng)其使用壽命，應(yīng)采取以下預(yù)防措施:(1)嚴(yán)格控制溫度計(jì)套管的插入深度 從等式(1)和(2)可以看出，當(dāng)插入深度增加時(shí)，保護(hù)套管的應(yīng)力增加兩倍。 由于大型機(jī)組主蒸汽的溫度和速度都達(dá)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(dāng)測(cè)量湍流狀態(tài)管道中的流體溫度時(shí)，僅通過(guò)將溫度計(jì)套管插入流體的等溫區(qū)域而不插入管道的中心點(diǎn)，就可以精確地測(cè)量流體溫度。 這樣，溫度計(jì)套管懸臂的長(zhǎng)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(jì)套管強(qiáng)度的情況下，優(yōu)選溫度計(jì)套管的直徑 從公式(1)和公式(2)可以看出，當(dāng)溫度計(jì)套筒的直徑增大時(shí)，表袋上的力線性增大。因此，在選擇手表包的直徑時(shí)，應(yīng)合理地保證套筒的強(qiáng)度，共振危險(xiǎn)區(qū)應(yīng)盡可能錯(cuò)開(kāi)。 (3)改變橫截面形狀并將表面加工成圖6所示的結(jié)構(gòu)類型，使得流體不會(huì)產(chǎn)生渦流脫落現(xiàn)象 (4)嚴(yán)格控制維修質(zhì)量，做好溫度計(jì)套管材質(zhì)檢查，結(jié)合機(jī)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(tǒng)投入運(yùn)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(jì)套管在閥門(mén)剛剛投入運(yùn)行時(shí)將承受很大的單向力。因此，系統(tǒng)剛投入運(yùn)行時(shí)，應(yīng)緩慢打開(kāi)閥門(mén)，逐漸增加系統(tǒng)壓力，盡可能減小溫度計(jì)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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