www.tyjx2002.com 2019年 第1-2期的日常使用参数为：出油温度240～255℃；进油压力0.4MPa，出油压力0.3MPa。在锅炉运行约6个月时间即出现了盘管泄漏情况，经锅炉制造厂家检查并修理后继续使用，但在继续使用后先后又发生两次泄漏事故，泄漏位置均为内盘管向火侧。最后经检查无法修理，该锅炉报废。二、现场检查现场检查发现锅炉泄漏点位于内盘管炉膛内可见部位下起第3根，泄漏位置如图1所示。取样后的试件如图2所示，试件清洗后有两处已被补焊的裂纹，向火侧还有多条横向裂纹（见图2a），且有1条已形成穿透裂纹（见图2b）。从检查结果可以发现，产生裂纹的部位具有一定的规律性，漏点均位于内盘管炉膛内可见部位下起往上数第3根，且位于进料管对面上方。现场并未发现其他位置的盘管泄漏情况，锅炉其他部位未见异常。（a）泄漏锅炉外观 （b） 第一次泄漏补焊位置 （c）泄漏部位取样点 图1 泄漏锅炉现场照片开裂后补焊
多条横向裂纹
（a）试件外壁宏观形貌
裂纹
（b）试件内壁宏观形貌
图2 泄漏位置示意图三、检验与分析1.裂纹宏观形貌分析根据现场检查情况，将图2中试件含有已穿透裂纹的部分采用线切割方法切取下来，切取后的试样外壁已全部裂开，而内壁裂纹开裂长度较短，试样两端仍有金属连接，可以观察到外壁裂纹明显比内壁裂纹长，经测量外壁裂纹长度＞15mm，内壁裂纹长约5.5mm（见图3）。此外，开裂管段均没有胀粗迹象，裂纹处管壁无明显减薄现象，外壁表面有较多附着物，将附着物清理后表面凹凸不平现象，有被腐蚀的迹象。从裂纹宏观形貌分析发现，管外壁裂纹比管内壁裂纹长很多，可以判断裂纹起始于外壁。在制备金相试（a）制取试样 （b）制取试样（c）裂纹宏观断口
图3 裂纹宏观形貌电力通用机械GM in Electric Power样的过程中，也发现了大量宏观裂纹，裂纹起始于外壁，呈契形向内延伸（见图4）。图4 金相制样时发现的宏观裂纹2.金相试验分析分别在裂纹管向火面（1＃试样）、裂纹管上一根管背火面（2＃试样）、裂纹管下一根管向火面（3＃试样）和外圈盘管（4＃试样）取样进行金相组织的分析。结果表明，4个试样的基体金相组织为铁素体+珠光体，含有少量非金属夹杂物，满足标准GB3087—2008的要求。但是1＃试样管外壁存在宏观裂纹，裂纹有氧化物填充，裂纹边缘无氧化脱碳现象，裂纹末端光滑圆润，无扩展迹象，外宽内窄，从其形态分析其形成应起于外表面，终止于管壁内（见图5a～图5c），图5d为管壁皮下的裂纹夹杂形貌。2＃、3＃试样外壁发现有夹渣粘附，但未发现宏观裂纹（见图5e）。4＃试样外壁未发现有明显夹杂物粘附及宏观裂纹。3.夹杂物EDS能谱分析为了确定裂纹内夹杂物的成分，将金相试样进行了扫描电镜能谱分析。在扫描电镜下同样可以观察到与金相检验相同的裂纹形貌，在裂纹内部进行能谱分析，结果表明裂纹内夹杂物主要为铁的氧化物，含量＞98%（见图6）。4.锅炉使用情况分析 锅炉安装竣工验收后投入使用，根据使用单位反映及现场调查，锅炉日常使用参数为：出油温度240～255℃；进油压力0.4MPa，出油压力0.3MPa，在锅炉设计参数范围内；燃料为木屑，符合设计燃料（生物质燃料）。锅炉投运期间，每天使用约9h，未出现其他异常情况。为了分析盘管开裂是否与燃料有关，将燃料、开通用机械
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49GM in Electric Power电力通用机械（a） 1＃试样外管壁裂纹夹渣100×
（b）1＃试样外管壁裂纹夹渣末端形貌100×
（c）1＃试样外管壁裂纹夹渣起始端形貌100×
（d）1＃试样外管壁皮下夹渣形貌100×
（e） 2＃试样外管壁金相组织200×
图5 金相组织及夹杂物50通用机械
www.tyjx2002.com 2019年 第1-2期裂管外壁炉膛侧附着物及裂纹表面进行能谱元素分析。锅炉使用的燃料为木板或复合地板加工时收集的锯末木屑，经能谱分析结果显示，未发现含量较高的腐蚀性元素，Cl、S的含量均小于1%（质量分数），属于正常的生物质燃料成分，其EDS能谱分析如图7所示。开裂管外壁炉膛侧附着物，EDS能谱分析结果显示与燃料元素有差别，主要是S、Cl、K和Na的含量增多（见图8）。裂纹中的残留垢样EDS能谱分析结果显示，与燃料及管外壁附着物分析结果并没有相关性，并没有明显的腐蚀产物，而是有疑似非金属夹杂物残留，说明裂纹沿夹杂物边缘开裂或扩展（见图9）。图6 夹杂物EDS能谱分析图7 燃料（木屑）EDS能谱分析图8 裂纹管外壁炉膛侧附着垢样EDS能谱分析图9 裂纹断面能谱分析四、事故原因分析与预防通过以上分析可知，宏观方面，开裂管段均没有明显胀粗，破口边缘管壁没有明显减薄，管子内部只有少量积碳，不具备造成超温和蠕变破坏的条件；管子外壁有明显的全面腐蚀现象（危险性小），外壁有大量呈契形向内延伸的裂纹。金相检验，管子的基体组织符合标准要求，但开裂管段外壁向火侧存有大量裂纹，能谱分析显示裂纹内填充有非金属夹杂物（铁的氧化物）。开裂管部位是锅炉管受热最大区域，运行时管壁温度也最高。由于生物质燃料不可避免的含有S、Cl、K等元素，锅炉投入运行以后，会造成管壁表面高温腐蚀。但这种腐蚀为全面均匀腐蚀，一般情况下腐蚀速率较低，所以管壁无明显减薄，裂纹内部也未发现相应腐蚀产物。钢管金相组织正常，无珠光体球化或蠕变损伤等现象，说明运行时并未造成钢管超温。使用的导热油品质正常，管壁内侧也基本无积炭形成，也可以说明导热油对管壁有较好的冷却作用，未造成管壁电力通用机械GM in Electric Power超温。开裂管段裂纹内的夹杂物成分主要为铁的氧化物。氧化物为脆性夹杂物，由于夹杂物的存在，分割了金属基体的连续性，从而降低材料的塑性、强度等性能。且裂纹沿管子横向分布，形态呈契形，起于外表面， 裂纹边缘无氧化脱炭现象，裂纹末端光滑圆润，无扩展迹象。通过以上现象可以判断，该氧化物形成于钢管的制造环节（坯料的夹杂物或者钢管轧制过程中表面的氧化物），不可能在后期冷加工或使用过程中形成。锅炉运行时，内盘管处于炉膛内侧直接受火焰辐射，尤其是炉膛下部进料口对面区域，盘管温度最高。投入运行后，由于运行时每天都会有起炉、停炉操作，会引起沿管子纵向的热应力（拉应力），在盘管外壁向火侧存有夹杂物裂纹的薄弱环节，由于金属基体的连续性破坏，材料塑性、强度等性能较差，在原有夹杂物裂纹尖端形成裂纹源，并不断向内壁扩展。同时，由于燃料为生物质燃料，在管外壁不可避免的形成了高温腐蚀，加之热应力的作用，在表面夹杂物和基体金属间易形成新的裂纹，并沿夹杂物边缘向内壁扩展。最终导致裂纹穿透管壁造成泄漏。为预防有机热载体锅炉导热油管开裂泄漏事故的发生，结合多年工作经验和相关资料，提出以下预防措施：1）锅炉制造环节要严把质量关，虽然目前工业锅炉的用材已经非常成熟，但是有一些小型钢管制造企业产品质量部过关，因此应加强材料复验控制，防止使用缺陷材通用机械
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51GM in Electric Power电力通用机械节段式多级离心泵导叶参数调整对泵性能影响的数值计算与试验研究上海电气凯士比核电泵阀有限公司（201306）陈广福卢熙宁【摘 要】为了研究节段式多级离心泵导叶设计参数对泵性能的影响规律，基于N-S方程及k-ω SST湍流模型，对节段式多级离心泵的水力部件建模，进行全三维流动数值计算，得到其外特性曲线，并与在试验台进行性能测试得到的性能曲线对比研究，得到数值计算与试验结果基本相符。在此基础上，通过切割导叶反向叶片来调整导叶的几何参数，采用数值计算方法预测泵的性能变化趋势，再与测试得到的实际性能曲线对比研究，结果表明，可以通过切割导叶反向叶片来调整泵性能曲线的斜率，以满足核电用泵多工况性能的要求。【关键词】节段式多级离心泵 导叶 性能曲线 数值计算 试验 高压安注、中压安注、低压安注及辅助给水等用途。为满足核电站各系统的运行要求，核电用泵普遍对零流量点、额定运行点和最大流量点及其他多个工况点的性能都有详细规定。采取常规单工况点设计方法，很难满足核电用泵多工况点性能，往往需借助其他手段对多级离心泵的性能曲线的斜率进行微调。随着计算流体力学（CFD）技术的发展，数值模拟技术已经成为研究多级离心泵内部流动规律，预测泵水力性能的重要手段。而对于节段式多级离心泵导叶反向叶片尺寸参数对泵性能曲线影响的研究还比较少见。以一台有11级叶轮的节段式多级卧式离心泵为对象，采用CFD对其内部流动进行数值模拟，预测泵外特性曲线，并与试验结果进行对比，验证数值计算结果的可靠性。在此基础上分析导叶反向叶片尺寸对泵性能的一、前言在核电站用泵中，节段式多级离心泵用于上充、影响，通过试验对比研究，总结其规律性，对节段式多级离心泵的水力设计有重要意义。料，锅炉受压元件金属材料、承载构件材料及其焊接材料应当符合相应标准的要求。同时不能忽视材料表面状况的检查，因为很多由于制造原因造成泄漏的情况，多数是因为表面缺陷引起。2）锅炉使用单位加强运行管理，确保安全附件和安全保护装置可靠有效，有机热载体应定期取样化验，确保残炭、酸值和运动黏度等各项品质符合标准的要求，防止积碳。3）锅炉系统辅机装置的选用应合理，满足导热油流速等参数要求，如果锅炉发生积炭应及时清洗，且化学清洗过程必须由专业队伍进行，制定清洗方案，清洗过程应严加监控，还要由专业机构进行监督检验。 （收稿日期：2018/09/05）52通用机械
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