汽輪機熱電偶斷裂原因分析

王艷芳 楊偉東

摘 要：熱電廠某汽輪機熱電偶發(fā)生斷裂，通過斷口宏觀分析、掃描電鏡觀察，對斷裂原因進行了分析，結(jié)果表明：由于熱電偶在安裝過程中操作不當(dāng)，螺母錯絲扣擰緊過程中使熱電偶芯發(fā)生彎曲，磨損內(nèi)壁，磨粒對熱電偶沖蝕是發(fā)生斷裂的主要原因。

關(guān)鍵詞：熱電偶;沖蝕

某熱電廠汽輪機工作溫度550℃，工作壓力4.5MPa。車間人員發(fā)現(xiàn)熱該熱電偶無數(shù)據(jù)傳輸，打開保溫棉取出熱電偶發(fā)現(xiàn)已經(jīng)斷裂，為查明斷裂原因，避免類似事故的再發(fā)生，作者對發(fā)生斷裂的熱電偶進行了檢驗和分析。

1理化檢驗

1.1宏觀檢查

斷口部位熱電偶緊固螺母與螺絲錯位配合，熱電偶保護套管發(fā)生彎折，同時熱電偶內(nèi)熱電偶芯向一側(cè)彎曲。斷裂熱電偶發(fā)生減薄，且套管內(nèi)絕緣材料大部分已消失。將熱電偶進行清洗，[1]斷口整體呈灰色，某些局部呈黑色。

1.2掃描電鏡分析

對圖1中可能是斷裂源區(qū)的絕緣管1區(qū)、2區(qū)進行掃描電鏡放大觀察，找出斷裂源區(qū)。

對1區(qū)進行掃描電鏡觀察（見圖2），發(fā)現(xiàn)2根熱電偶芯彎曲與絕緣管接觸，接觸部位的絕緣管被磨損減薄。在磨損剩余絕緣管斷口表面，發(fā)現(xiàn)存在一些小孔，其余表面相對平坦。對2區(qū)進行掃描電鏡觀察（見圖3），發(fā)現(xiàn)絕緣管與保護套管之間間距由于保護套管發(fā)生彎折而減小、幾乎相接觸。絕緣管內(nèi)壁為圓弧面，圓弧面存在很多方向性小孔，孔洞口方向多朝向內(nèi)壁，且小孔分布從絕緣管內(nèi)壁至外壁，其余區(qū)域雖存在小孔，但未存在明顯方向性。

對2區(qū)（斷裂源區(qū)）緊鄰保護套管圖1中A區(qū)進行掃描電鏡觀察（見圖4），發(fā)現(xiàn)保護套管斷口表面也存在許多方向性小孔，且該部分保護套管存在分層，下層存在金屬光澤并聚集許多白色小顆粒;上層表面顏色為黑灰色，表面顆粒物減少，表面也存在許多小孔且有一定的方向性。對保護套管其它區(qū)域放大進行電鏡形貌觀察，發(fā)現(xiàn)套管表面存在大量的小孔，小孔方向性明顯，表面相對平坦且僅存在極少量的白色顆粒物。因此A區(qū)為保護套管的斷裂源區(qū)。

2 綜合分析

2.1上述實驗表面，熱電偶斷口斷裂形貌為典型沖蝕斷裂形貌。1區(qū)由于熱電偶緊固螺母與螺絲錯位緊固，使熱電偶保護套管及熱電偶芯向一側(cè)發(fā)生彎折，2根彎折熱電偶芯與絕緣管接觸使絕緣管磨損。汽輪機運行過程中產(chǎn)生微振動，振動使絕緣管不斷被磨損，當(dāng)磨損至熱電偶芯與絕緣管之間不接觸時，磨損停止;結(jié)合電鏡觀察到此處還有剩余壁厚，且剩余壁厚斷面上還存在沖蝕小孔，因此絕緣管非磨損斷裂，判定1區(qū)并非最先斷裂源區(qū)。

2.2觀察絕緣管內(nèi)壁為圓弧面，且存在很多方向性沖蝕小孔，其余區(qū)域小孔未存在方向性。因此判斷該區(qū)域為絕緣管斷裂源區(qū)。與該區(qū)緊鄰保護套管斷口表面也存在許多方向性沖蝕小孔。且該處保護套管存在剝離分層，下層較上層光亮、白色小顆粒聚集增多，說明此處本為同一斷面，由于絕緣管斷裂源區(qū)受顆粒物沖蝕后穿孔、顆粒物從穿孔處繼續(xù)不斷沖蝕緊鄰保護套管，保護套管被不斷沖蝕形成斷面并持續(xù)被沖蝕，在振動的作用下產(chǎn)生新的剝離層面，新剝離層面處于初形成階段，因此觀察到剝離層表面較新鮮呈現(xiàn)明亮的金屬光澤，并在此處聚集許多白色顆粒物。對保護套管其它區(qū)域進行微觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)套管表面存在大量具有明顯方向性的小孔，呈現(xiàn)典型沖蝕形貌，其表面相對平坦并伴有因沖蝕而使斷面層層剝離的形貌。綜上分析認(rèn)為：保護套管緊鄰絕緣管最初斷裂源區(qū)部位為的保護套的斷裂源區(qū)。

2.3由于熱電偶緊固螺母與螺絲錯位緊固，使熱電偶保護套管一側(cè)發(fā)生彎折擠壓，另一側(cè)則被拉伸。擠壓部位在微振動的作用下不斷產(chǎn)生磨粒磨損，而拉伸部位由于被拉伸空間相對增大，因此磨粒在拉伸區(qū)域內(nèi)活動相對活躍，在微振動的作用下磨粒不斷沖蝕該區(qū)域表面，隨著時間的積累，最終沖蝕穿孔直至斷裂。

3 結(jié)論

熱電偶斷口斷裂形貌為典型沖蝕斷裂形貌。由于熱電偶緊固螺母與螺絲錯位緊固，使熱電偶保護套管一側(cè)發(fā)生彎折。彎折部位產(chǎn)生磨粒磨損，在微振動的作用下磨粒不斷沖蝕絕緣管內(nèi)壁至外壁，沖蝕穿孔后又沖蝕保護套管，隨著時間的積累，沖蝕不斷擴展最終沖蝕穿孔直至斷裂。

參考文獻：

[1]何家勝，崔好選，朱曉明.熱電偶套管斷裂失效分析研究.《Equipment Manufactring Technology》.No.1，2007.

作者簡介：

王艷芳（1981-），女，工程師，主要從事壓力容器、管道理化檢驗及設(shè)備失效分析工作。