某330MW機(jī)組汽輪機(jī)EH油管斷裂的診斷分析研究

趙廣勛　瞿麗莉　黨龍

摘 要： 以某電廠EH油管泄漏事件為例，介紹了EH油管斷裂后的分析方法和診斷過程，采用宏觀檢驗(yàn)、掃描電鏡分析和微觀金相分析等方式進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明，EH油管斷裂起源于焊縫區(qū)，斷裂失效形式為疲勞斷裂。焊縫質(zhì)量欠佳、焊縫工藝控制不良是導(dǎo)致斷裂的直接原因，針對(duì)原因給出了整改建議。

關(guān)鍵詞：350MW機(jī)組；EH油管；斷裂；診斷分析；建議

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.179

0 前言

近幾年EH油系統(tǒng)泄漏事故多有發(fā)生[1-3]，對(duì)泄漏原因的分析診斷，并根據(jù)診斷結(jié)果采取有效整改措施，對(duì)于汽輪機(jī)的可靠性運(yùn)行有重要意義。本文以某電廠EH油管斷裂為例，介紹了此類事件分析的思路，以期為同類型機(jī)組提供借鑒。

1 系統(tǒng)及事件簡(jiǎn)介

某電廠機(jī)組容量為330MW，汽輪機(jī)液壓部分由油源、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及安全系統(tǒng)構(gòu)成，所用油源為一獨(dú)立的油箱，向整個(gè)EH系統(tǒng)供油。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為單側(cè)油動(dòng)機(jī)，通過伺服閥接受控制器的指令，開啟時(shí)利用高壓油，關(guān)閉時(shí)靠彈簧力。安全系統(tǒng)油路有兩路控制，一路由四個(gè)AST電磁閥控制，四個(gè)AST電磁閥組成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，電磁閥1，3為一個(gè)通道，2，4為一個(gè)通道，任意一個(gè)通道中的任一電磁閥動(dòng)作不會(huì)引起安全油失去，只有當(dāng)兩個(gè)通道中都有電磁閥動(dòng)作才會(huì)引起安全系統(tǒng)動(dòng)作。

事件發(fā)生前，機(jī)組負(fù)荷230MW，EH油泵B運(yùn)行，A泵備用，EH油箱油位500mm；事件發(fā)生時(shí)，監(jiān)控畫面發(fā)“EH油系統(tǒng)報(bào)警”，DEH畫面檢查發(fā)現(xiàn)EH油泵A聯(lián)動(dòng)，EH油母管壓力12.5MPa，EH油箱油位低1報(bào)警發(fā)，就地檢查EH油位，EH油箱油位低2、3報(bào)警相繼發(fā)出，EH油泵A、B同時(shí)跳閘，1分鐘后機(jī)組解列，檢查汽機(jī)保護(hù)首出為“EH油壓低”，就地檢查發(fā)現(xiàn)4號(hào)中調(diào)門進(jìn)油管焊縫斷裂。

2 宏觀分析

機(jī)組停機(jī)后，對(duì)斷裂管段進(jìn)行了宏觀分析。EH油管斷裂基本情況：取樣管如圖1所示，斷裂管為并列的三根油管接頭的中間一根。斷裂位置在油管接頭螺母旁的焊縫邊緣。EH油管材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，規(guī)格為Φ14×2.5mm。服役狀態(tài)下油管承受壓力為15MPa。

斷口整體看來表面凹凸不平，較為粗糙，存在明顯區(qū)域性特征。從斷裂面看，斷裂管未見明顯減薄、變形現(xiàn)象。由于斷口表面附著一層污染物，肉眼難于辨別斷口宏觀細(xì)節(jié)特征，見圖2。

3 掃描電鏡分析

掃描電鏡對(duì)斷口進(jìn)行微觀分析的結(jié)果表明：該斷口為典型的疲勞斷口，斷口存在明顯疲勞源區(qū)、疲勞擴(kuò)展區(qū)和終斷區(qū)。

按照斷口不同的微觀形貌特征，將斷口分為1、2、3、4、5個(gè)區(qū)域，如圖3標(biāo)注。

（1）1區(qū)為初始疲勞源區(qū)，形貌如圖4（低倍、高倍）所示。起裂源自管子外壁，由外向內(nèi)沿徑向發(fā)展。源區(qū)未見缺陷及明顯損傷跡象。該區(qū)斷口表面擠壓摩擦痕跡明顯。

（2）2區(qū)為疲勞擴(kuò)展早期區(qū)域，形貌如圖5（低倍、高倍）所示。存在疲勞輝紋，擴(kuò)展速率相對(duì)較慢。

（3）3區(qū)為疲勞擴(kuò)展中、后期區(qū)域，形貌如圖6所示。存在疲勞輝紋，斷口微觀較2區(qū)粗糙，擴(kuò)展速率相對(duì)較快。

（4）5區(qū)為次生疲勞源區(qū)，與1區(qū)約呈180°分布，位于初始疲勞源區(qū)對(duì)面管子的外壁，其產(chǎn)生于初始開裂且裂紋擴(kuò)展到一定階段后。屬整個(gè)斷口形成過程中的次生開裂源。如圖7所示。

（5）4區(qū)為終斷區(qū)，終斷區(qū)較小，明顯突起，存在變形跡象。微觀呈現(xiàn)變形韌窩形貌，如圖8所示。

4 微觀金相分析

為進(jìn)一步查找疲勞斷裂的開裂原因，對(duì)斷口試樣在初始起裂源處（前述1區(qū)），沿管子縱向剖開，縱截面制樣，采用三氯化鐵鹽酸水溶液侵蝕，在金相顯微鏡下進(jìn)行微觀分析。

源區(qū)1起裂于焊縫區(qū)，源區(qū)5靠外壁近1/3范圍為焊縫區(qū)，即斷裂源位于焊縫外表面。說明該EH油管斷裂的起裂原因與焊縫有關(guān)。焊縫熔合線附近過熱區(qū)微觀組織中的晶界明顯粗大，如圖9，說明該處EH油管焊縫焊接工藝控制不佳，焊接線能量過大，勢(shì)必導(dǎo)致該焊縫應(yīng)力集中傾向增加。

從斷口所處位置分析，該焊縫位于油管路接頭螺母旁，承受15MPa內(nèi)部油壓，斷口部位處于固定端的連接處，本身在服役狀態(tài)下就是應(yīng)力相對(duì)集中區(qū)，加上焊接工藝控制不良帶來的附加應(yīng)力，最終導(dǎo)致在相對(duì)薄弱部位開裂，繼而在持續(xù)受到服役工況的低周交變應(yīng)力作用下，裂紋擴(kuò)展直至完全斷裂。

為進(jìn)一步分析該不銹鋼油管的微觀組織狀況及內(nèi)外壁狀況，對(duì)取樣管的內(nèi)、外壁分別進(jìn)行了微觀分析。結(jié)果表明該管微觀組織為正常奧氏體組織，內(nèi)、外壁未見晶間腐蝕裂紋等異常情況。因此，該油管的斷裂非管子材質(zhì)因素導(dǎo)致。

5 結(jié)論建議

結(jié)論：某電廠4號(hào)中聯(lián)門EH油管斷裂起源于焊縫區(qū)，斷裂失效形式為疲勞斷裂。焊縫質(zhì)量欠佳、焊縫工藝控制不良是導(dǎo)致斷裂的直接原因。

建議：采取措施防止任何狀態(tài)下的油管承重工作及外力負(fù)荷造成管道變形、受力的現(xiàn)象；對(duì)新焊縫進(jìn)行無損探傷檢查工作（特殊管道表面滲透探傷檢驗(yàn)）；加強(qiáng)焊接工藝實(shí)施過程[4]的監(jiān)督。

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[4]趙英振，劉少云，孫麗華.EH油管路焊口缺陷處理工藝[J].河北電力技術(shù)，2009，28（04）20-21，43.

作者簡(jiǎn)介：趙廣勛（1966-），男，陜西扶風(fēng)人，工學(xué)學(xué)士，高級(jí)工程師，主要研究方向：大型火電機(jī)組熱工控制系統(tǒng)及生產(chǎn)管理研究。endprint