摘要:簡要介紹了華東地區(qū)火電機(jī)組典型的溫度計套管斷裂事故，分析了溫度計套管的應(yīng)力和共振機(jī)理，提出了醉后的預(yù)防措施 近年來，許多發(fā)電機(jī)組發(fā)生了溫度計主蒸汽監(jiān)測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)了溫度計套管的維護(hù)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(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對溫度計套管產(chǎn)生很大影響，這是有害的。近年來發(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(qiáng)溫度計套管的監(jiān)督檢查 自2000年以來，華東地區(qū)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b鍋爐一次減溫器出口熱電偶溫度套管開裂，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，占整個圓周的70%。 (2)2005年6月5日，某電廠1號機(jī)組(125兆瓦)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級溫度計機(jī)殼泄漏，緊急停機(jī)搶修。 (3)2005年8月27日，某電廠1號機(jī)組(300兆瓦)由于主蒸汽測溫點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2號機(jī)組(600兆瓦)正常運行時，發(fā)現(xiàn)左側(cè)高壓主閥入口管性能測試測量點溫度計處套管接頭突然開裂，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號機(jī)組(600兆瓦)高壓缸解體時，發(fā)現(xiàn)爐側(cè)調(diào)節(jié)級蒸汽溫度測量元件溫度計的外殼下半部分?jǐn)嗔?，下落部分卡?級靜葉片蒸汽進(jìn)口側(cè)。 二.典型溫度計套管斷裂原因分析通過對溫度計套管斷裂原因的分類分析，大致如下:(1)溫度計套管受高速流體沖擊，載荷過大，應(yīng)力超標(biāo)；(2)溫度計套管本身的加工缺陷導(dǎo)致應(yīng)力集中和易斷裂；(3)管道振動過大導(dǎo)致溫度計套管疲勞損壞；(4)當(dāng)流體流經(jīng)溫度計套管時，會引起溫度計套管振動，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(xiàn)象將導(dǎo)致溫度計套管損壞加速，導(dǎo)致斷裂。 在實際應(yīng)用中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，即使一個套管運行6-10年甚至更長時間，相同批次、相同尺寸和相同插入深度的溫度計套管也不會損壞，而另一個套管可能會在非常短的時間內(nèi)斷裂。 例如，自2000年一座電廠的兩臺600兆瓦機(jī)組投入運行以來，2號機(jī)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(jī)組的外殼是安全的。通過分析比較，認(rèn)為2號機(jī)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(yīng)力疲勞。 2號機(jī)組溫度計套管斷裂照片見圖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(shè)此時循環(huán)處于滿管狀態(tài)，圖3中示出了溫度計套管的橫截面應(yīng)力 當(dāng)該系統(tǒng)剛剛投入運行時，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,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(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)計算:2.2溫度計套管共振機(jī)理分析流體誘發(fā)振動機(jī)理一般可分為旋渦脫落、紊流顫振和流體彈性擾動 其中，旋渦脫落引起的振動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，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 通常溫度計渦脫落引起的套管振動力非常小，可以忽略不計。 然而，當(dāng)旋渦脫落的頻率接近溫度計套管的固有頻率時，將會出現(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套的振動頻率時，旋渦頻率不再隨來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，溫度計套管的設(shè)計應(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頻率)；f1 & mdash& mdash溫度計套管的固有頻率 一般來說，流體沖擊產(chǎn)生的激勵頻率遠(yuǎn)低于溫度計套管的固有頻率，因此溫度計套管的設(shè)計應(yīng)在無其他激勵的情況下滿足公式(3)的要求。 美國機(jī)械工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定渦流脫落頻率與溫度計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避免共振現(xiàn)象 三.預(yù)防溫度計套管斷裂的措施根據(jù)上述理論分析和實踐經(jīng)驗，為了提高溫度計套管的安全性和可靠性，延長其使用壽命，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，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)測量湍流狀態(tài)管道中的流體溫度時，僅通過將溫度計套管插入流體的等溫區(qū)域而不插入管道的中心點，就可以精確地測量流體溫度。 這樣，溫度計套管懸臂的長度可以縮短，其端點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分布。 (2)在確保必要的溫度計套管強(qiáng)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(dāng)溫度計套筒的直徑增大時，表袋上的力線性增大。因此，在選擇手表包的直徑時，應(yīng)合理地保證套筒的強(qiáng)度，共振危險區(qū)應(yīng)盡可能錯開。 (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)投入運行時，避免管道閥門突然全開。 從公式(1)可以看出溫度計套管在閥門剛剛投入運行時將承受很大的單向力。因此，系統(tǒng)剛投入運行時，應(yīng)緩慢打開閥門，逐漸增加系統(tǒng)壓力，盡可能減小溫度計套管前后壓差，避免因單向力過大造成套管斷裂事故。

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