汽輪機(jī)E H油管泄漏原因分析

邵明星，馬永泉，張鴻武

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

2013年1月29日08：20，臨沂電廠運(yùn)行人員巡檢發(fā)現(xiàn)6號(hào)機(jī)組EH油管處向外漏油，匯報(bào)調(diào)度申請(qǐng)停機(jī)處理，并于08：36機(jī)組停機(jī)。停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)6號(hào)機(jī)A側(cè)中壓調(diào)門(mén)處至供熱調(diào)門(mén)EH油管一道焊口出現(xiàn)開(kāi)裂情況，裂紋長(zhǎng)度約1/3周圈，EH油管材質(zhì)為1 Cr18Ni9Ti，供油管內(nèi)油溫50℃。EH油管開(kāi)裂對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成了極大的影響，同時(shí)也造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

1 宏觀檢驗(yàn)

對(duì)EH進(jìn)行宏觀分析，油管接頭連接方式為插接連接，而承壓類(lèi)設(shè)備一般不允許采用插接結(jié)構(gòu)而采用對(duì)接結(jié)構(gòu)，僅在特殊情況下偶爾采用。 裂紋發(fā)生在焊縫熔合線附近，裂紋垂直于管子軸向方向，長(zhǎng)度約1/3周圈，見(jiàn)圖1（a）；裂紋處無(wú)明顯塑性變形，焊縫焊角處過(guò)渡不圓滑，裂紋處出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象，見(jiàn)圖1（b）；裂紋無(wú)分叉，無(wú)明顯腐蝕跡象，其余部位未發(fā)現(xiàn)微小裂紋；對(duì)EH油管沿縱向方向剖開(kāi)，清晰可見(jiàn)裂紋貫穿EH油管截面，見(jiàn)圖2（a）；且在中間出現(xiàn)斷層，裂紋處出現(xiàn)倒角缺口臺(tái)階現(xiàn)象，見(jiàn)圖2（b）。裂紋的總體方向應(yīng)該是受到工作產(chǎn)生的應(yīng)力所控制，系長(zhǎng)期運(yùn)行中產(chǎn)生的應(yīng)力集中產(chǎn)生的疲勞裂紋。

圖1 EH油管外壁裂紋宏觀形貌

圖2 EH油管內(nèi)壁裂紋宏觀形貌

2 顯微組織分析

對(duì)EH油管縱向剖開(kāi)，采用王水進(jìn)行浸蝕，在50倍顯微鏡下清晰可見(jiàn)裂紋貫穿EH油管整個(gè)管壁，裂紋處金相組織為奧氏體+孿晶，根據(jù)DL884—2004《火電廠金相檢驗(yàn)與評(píng)定技術(shù)導(dǎo)則》，組織正常，見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 EH油管裂紋附近金相組織（50倍放大）

圖4 EH油管裂紋附近金相組織（400倍放大）

3 化學(xué)成分分析

采用SPECTROTEST定量光譜儀對(duì)EH油管取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果如表1所示。由表1可見(jiàn)，EH油管的鈦含量低于標(biāo)準(zhǔn)GB1221—1992《耐熱鋼棒》對(duì)1Cr18Ni9Ti化學(xué)成分要求。不銹鋼中的鈦與碳結(jié)合生成碳化鈦，可以避免析出碳化鉻而造成晶界貧鉻，從而有效防止晶間腐蝕。但鈦元素在不銹鋼中也有一定的危害，比如鈦可以與氮結(jié)合生成氮化鈦，與氧結(jié)合生成二氧化鈦，氮化鈦與二氧化鈦在鋼中以?shī)A雜物形式存在，降低了鋼的純凈度，使得不銹鋼表面質(zhì)量較差，極易造成大量廢品，所以鈦的加入量有一定的限制。在實(shí)際生成過(guò)程中為了有效的防止晶間腐蝕，鈦的加入量一般按5×（C%-0.02）～0.80計(jì)算。

表1 EH油管化學(xué)成份 %

4 分析及結(jié)論

1）承壓類(lèi)設(shè)備一般不允許采用插接結(jié)構(gòu)而采用對(duì)接結(jié)構(gòu)，僅在特殊情況下偶爾采用，插接接頭更容易導(dǎo)致應(yīng)力集中。

2）裂紋起源于EH油管外部焊縫熔合線處，向母材及內(nèi)部擴(kuò)展。裂紋處出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象，咬邊易產(chǎn)生應(yīng)力集中；且焊縫周圈厚度不一，可能在焊接過(guò)程中電流輸出較大，造成表面質(zhì)量較差。套管加工時(shí)由于車(chē)削等原因，存在倒角臺(tái)階［1］，這樣很容易形成應(yīng)力集中區(qū)。

3）EH油管與汽機(jī)調(diào)門(mén)連接，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，長(zhǎng)期受到各種振動(dòng)影響，此時(shí)管道將承受很大的交變應(yīng)力。影響EH油管的振動(dòng)的因素很多［2］，包括EH油管的管線布置、高壓調(diào)氣門(mén)閥體的振動(dòng)、EH油管的自身振動(dòng)以及管卡送懂或布置不當(dāng)造成的共振等。

綜合以上分析，EH油管采用焊接工藝不規(guī)范，造成應(yīng)力集中，在運(yùn)行過(guò)程中受到長(zhǎng)期振動(dòng)影響，在交變應(yīng)力的作用下，應(yīng)力集中程度較高的焊口熱影響區(qū)薄弱部位萌生裂紋并擴(kuò)展，直至油管泄漏。

5 處理及建議

對(duì)EH油管焊接前，先進(jìn)行合金元素分析，確保合金元素含量滿足GB1221—1992《耐熱鋼棒》對(duì)1Cr18Ni9Ti的化學(xué)成分要求。

制定切實(shí)可行的焊接工藝，嚴(yán)格按照焊接工藝執(zhí)行。將不銹鋼管插入式焊接更換為對(duì)接焊接以減少應(yīng)力，焊接時(shí)采用全氬弧焊焊接，并且要連續(xù)不間斷完成。焊接完成后，采用宏觀檢驗(yàn)、著色、射線檢測(cè)，不允許出現(xiàn)夾渣、氣孔、咬邊、裂紋等缺陷，保證焊接質(zhì)量。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取有效措施，以減小運(yùn)行過(guò)程中的油管（調(diào)門(mén)）振動(dòng)。若EH油管管線較長(zhǎng)時(shí)，可采用管夾固定等方式減少油管的振動(dòng)，管卡應(yīng)布置合理，如果管夾布置不合理，不但不能對(duì)振動(dòng)的管道起到約束和消振作用，反而可能會(huì)造成管系共振，加大EH油管振動(dòng)。

利用機(jī)組大小修期間加強(qiáng)EH油管焊口的監(jiān)督檢測(cè)，保障機(jī)組的安全運(yùn)行。

［1］ 王亞瑛.2號(hào)機(jī)EH油管振動(dòng)導(dǎo)致斷裂原因分析及處理方式［J］.科技與企業(yè)，2011（12）：75.

［2］ 李勇.國(guó)產(chǎn)600 MW機(jī)組EH油系統(tǒng)管路振動(dòng)原因及處理［J］.東北電力技術(shù)，2009（12）：45－48.