某330MW機組汽輪機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、掃描電鏡分析和微觀金相分析等方式進行分析研究。結果表明，EH油管斷裂起源于焊縫區，斷裂失效形式為疲勞斷裂。焊縫質量欠佳、焊縫工藝控制不良是導致斷裂的直接原因，針對原因給出了整改建議。

關鍵詞：350MW機組；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油系統泄漏事故多有發生[1-3]，對泄漏原因的分析診斷，并根據診斷結果采取有效整改措施，對于汽輪機的可靠性運行有重要意義。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，以期為同類型機組提供借鑒。

1 系統及事件簡介

某電廠機組容量為330MW，汽輪機液壓部分由油源、執行機構及安全系統構成，所用油源為一獨立的油箱，向整個EH系統供油。執行機構為單側油動機，通過伺服閥接受控制器的指令，開啟時利用高壓油，關閉時靠彈簧力。安全系統油路有兩路控制，一路由四個AST電磁閥控制，四個AST電磁閥組成串聯結構，電磁閥1，3為一個通道，2，4為一個通道，任意一個通道中的任一電磁閥動作不會引起安全油失去，只有當兩個通道中都有電磁閥動作才會引起安全系統動作。

事件發生前，機組負荷230MW，EH油泵B運行，A泵備用，EH油箱油位500mm；事件發生時，監控畫面發“EH油系統報警”，DEH畫面檢查發現EH油泵A聯動，EH油母管壓力12.5MPa，EH油箱油位低1報警發，就地檢查EH油位，EH油箱油位低2、3報警相繼發出，EH油泵A、B同時跳閘，1分鐘后機組解列，檢查汽機保護首出為“EH油壓低”，就地檢查發現4號中調門進油管焊縫斷裂。

2 宏觀分析

機組停機后，對斷裂管段進行了宏觀分析。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油管材質為1Cr18Ni9Ti，規格為Φ14×2.5mm。服役狀態下油管承受壓力為15MPa。

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

3 掃描電鏡分析

掃描電鏡對斷口進行微觀分析的結果表明：該斷口為典型的疲勞斷口，斷口存在明顯疲勞源區、疲勞擴展區和終斷區。

按照斷口不同的微觀形貌特征，將斷口分為1、2、3、4、5個區域，如圖3標注。

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

（2）2區為疲勞擴展早期區域，形貌如圖5（低倍、高倍）所示。存在疲勞輝紋，擴展速率相對較慢。

（3）3區為疲勞擴展中、后期區域，形貌如圖6所示。存在疲勞輝紋，斷口微觀較2區粗糙，擴展速率相對較快。

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

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

4 微觀金相分析

為進一步查找疲勞斷裂的開裂原因，對斷口試樣在初始起裂源處（前述1區），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，在金相顯微鏡下進行微觀分析。

源區1起裂于焊縫區，源區5靠外壁近1/3范圍為焊縫區，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。焊縫熔合線附近過熱區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，勢必導致該焊縫應力集中傾向增加。

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內部油壓，斷口部位處于固定端的連接處，本身在服役狀態下就是應力相對集中區，加上焊接工藝控制不良帶來的附加應力，最終導致在相對薄弱部位開裂，繼而在持續受到服役工況的低周交變應力作用下，裂紋擴展直至完全斷裂。

為進一步分析該不銹鋼油管的微觀組織狀況及內外壁狀況，對取樣管的內、外壁分別進行了微觀分析。結果表明該管微觀組織為正常奧氏體組織，內、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因素導致。

5 結論建議

結論：某電廠4號中聯門EH油管斷裂起源于焊縫區，斷裂失效形式為疲勞斷裂。焊縫質量欠佳、焊縫工藝控制不良是導致斷裂的直接原因。

建議：采取措施防止任何狀態下的油管承重工作及外力負荷造成管道變形、受力的現象；對新焊縫進行無損探傷檢查工作（特殊管道表面滲透探傷檢驗）；加強焊接工藝實施過程[4]的監督。

參考文獻：

[1]邵明星，馬永泉，張鴻武.汽輪機EH油管泄漏原因分析[J].山東電力技術，2014，197（01）：71-72.

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[3]鐘振前，朱衍勇，董毅等.EH油管的裂紋成因分析[J].電子顯微學報，2004，23（04）：486-487.

[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，2009，28（04）20-21，43.

作者簡介：趙廣勛（1966-），男，陜西扶風人，工學學士，高級工程師，主要研究方向：大型火電機組熱工控制系統及生產管理研究。endprint