某330MW机组汽轮机EH油管断裂的诊断分析研究

赵广勋　瞿丽莉　党龙

摘 要： 以某电厂EH油管泄漏事件为例，介绍了EH油管断裂后的分析方法和诊断过程，采用宏观检验、扫描电镜分析和微观金相分析等方式进行分析研究。结果表明，EH油管断裂起源于焊缝区，断裂失效形式为疲劳断裂。焊缝质量欠佳、焊缝工艺控制不良是导致断裂的直接原因，针对原因给出了整改建议。

关键词：350MW机组；EH油管；断裂；诊断分析；建议

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

0 前言

近几年EH油系统泄漏事故多有发生[1-3]，对泄漏原因的分析诊断，并根据诊断结果采取有效整改措施，对于汽轮机的可靠性运行有重要意义。本文以某电厂EH油管断裂为例，介绍了此类事件分析的思路，以期为同类型机组提供借鉴。

1 系统及事件简介

某电厂机组容量为330MW，汽轮机液压部分由油源、执行机构及安全系统构成，所用油源为一独立的油箱，向整个EH系统供油。执行机构为单侧油动机，通过伺服阀接受控制器的指令，开启时利用高压油，关闭时靠弹簧力。安全系统油路有两路控制，一路由四个AST电磁阀控制，四个AST电磁阀组成串联结构，电磁阀1，3为一个通道，2，4为一个通道，任意一个通道中的任一电磁阀动作不会引起安全油失去，只有当两个通道中都有电磁阀动作才会引起安全系统动作。

事件发生前，机组负荷230MW，EH油泵B运行，A泵备用，EH油箱油位500mm；事件发生时，监控画面发“EH油系统报警”，DEH画面检查发现EH油泵A联动，EH油母管压力12.5MPa，EH油箱油位低1报警发，就地检查EH油位，EH油箱油位低2、3报警相继发出，EH油泵A、B同时跳闸，1分钟后机组解列，检查汽机保护首出为“EH油压低”，就地检查发现4号中调门进油管焊缝断裂。

2 宏观分析

机组停机后，对断裂管段进行了宏观分析。EH油管断裂基本情况：取样管如图1所示，断裂管为并列的三根油管接头的中间一根。断裂位置在油管接头螺母旁的焊缝边缘。EH油管材质为1Cr18Ni9Ti，规格为Φ14×2.5mm。服役状态下油管承受压力为15MPa。

断口整体看来表面凹凸不平，较为粗糙，存在明显区域性特征。从断裂面看，断裂管未见明显减薄、变形现象。由于断口表面附着一层污染物，肉眼难于辨别断口宏观细节特征，见图2。

3 扫描电镜分析

扫描电镜对断口进行微观分析的结果表明：该断口为典型的疲劳断口，断口存在明显疲劳源区、疲劳扩展区和终断区。

按照断口不同的微观形貌特征，将断口分为1、2、3、4、5个区域，如图3标注。

（1）1区为初始疲劳源区，形貌如图4（低倍、高倍）所示。起裂源自管子外壁，由外向内沿径向发展。源区未见缺陷及明显损伤迹象。该区断口表面挤压摩擦痕迹明显。

（2）2区为疲劳扩展早期区域，形貌如图5（低倍、高倍）所示。存在疲劳辉纹，扩展速率相对较慢。

（3）3区为疲劳扩展中、后期区域，形貌如图6所示。存在疲劳辉纹，断口微观较2区粗糙，扩展速率相对较快。

（4）5区为次生疲劳源区，与1区约呈180°分布，位于初始疲劳源区对面管子的外壁，其产生于初始开裂且裂纹扩展到一定阶段后。属整个断口形成过程中的次生开裂源。如图7所示。

（5）4区为终断区，终断区较小，明显突起，存在变形迹象。微观呈现变形韧窝形貌，如图8所示。

4 微观金相分析

为进一步查找疲劳断裂的开裂原因，对断口试样在初始起裂源处（前述1区），沿管子纵向剖开，纵截面制样，采用三氯化铁盐酸水溶液侵蚀，在金相显微镜下进行微观分析。

源区1起裂于焊缝区，源区5靠外壁近1/3范围为焊缝区，即断裂源位于焊缝外表面。说明该EH油管断裂的起裂原因与焊缝有关。焊缝熔合线附近过热区微观组织中的晶界明显粗大，如图9，说明该处EH油管焊缝焊接工艺控制不佳，焊接线能量过大，势必导致该焊缝应力集中倾向增加。

从断口所处位置分析，该焊缝位于油管路接头螺母旁，承受15MPa内部油压，断口部位处于固定端的连接处，本身在服役状态下就是应力相对集中区，加上焊接工艺控制不良带来的附加应力，最终导致在相对薄弱部位开裂，继而在持续受到服役工况的低周交变应力作用下，裂纹扩展直至完全断裂。

为进一步分析该不锈钢油管的微观组织状况及内外壁状况，对取样管的内、外壁分别进行了微观分析。结果表明该管微观组织为正常奥氏体组织，内、外壁未见晶间腐蚀裂纹等异常情况。因此，该油管的断裂非管子材质因素导致。

5 结论建议

结论：某电厂4号中联门EH油管断裂起源于焊缝区，断裂失效形式为疲劳断裂。焊缝质量欠佳、焊缝工艺控制不良是导致断裂的直接原因。

建议：采取措施防止任何状态下的油管承重工作及外力负荷造成管道变形、受力的现象；对新焊缝进行无损探伤检查工作（特殊管道表面渗透探伤检验）；加强焊接工艺实施过程[4]的监督。

参考文献：

[1]邵明星，马永泉，张鸿武.汽轮机EH油管泄漏原因分析[J].山东电力技术，2014，197（01）：71-72.

[2]王亚瑛.#2机EH油管振动导致断裂原因分析及处理方式[J].科技与企业，2011，（12）：75.

[3]钟振前，朱衍勇，董毅等.EH油管的裂纹成因分析[J].电子显微学报，2004，23（04）：486-487.

[4]赵英振，刘少云，孙丽华.EH油管路焊口缺陷处理工艺[J].河北电力技术，2009，28（04）20-21，43.

作者簡介：赵广勋（1966-），男，陕西扶风人，工学学士，高级工程师，主要研究方向：大型火电机组热工控制系统及生产管理研究。endprint