AP1000汽輪機(jī)潤(rùn)滑油管道安裝問(wèn)題及處理措施分析

劉超　王保田

摘要：潤(rùn)滑油系統(tǒng)是汽輪機(jī)的重要輔助系統(tǒng)，潤(rùn)滑油管道安裝質(zhì)量直接影響到潤(rùn)滑油系統(tǒng)和汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。全球首臺(tái)AP1000機(jī)組，三門(mén)核電在調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)了潤(rùn)滑油回油套管焊縫質(zhì)量不合格問(wèn)題，直接影響了潤(rùn)滑油沖洗。文章介紹了焊縫質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、出現(xiàn)問(wèn)題的原因以及問(wèn)題的處理，為后續(xù)建安和調(diào)試提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；潤(rùn)滑油系統(tǒng)；管道安裝；沖洗；焊縫；氬弧焊 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK263 文章編號(hào)：1009-2374（2016）08-0070-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.037

1 汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)概述

三門(mén)核電AP1000汽輪機(jī)和潤(rùn)滑油系統(tǒng)由日本三菱重工設(shè)計(jì)，由哈爾濱汽輪機(jī)廠供貨。汽輪發(fā)電機(jī)組的潤(rùn)滑油系統(tǒng)采用套裝油管形式，除發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)以及汽發(fā)間軸承的潤(rùn)滑油進(jìn)出口管道為分離式設(shè)計(jì)外，其余潤(rùn)滑油供油管、頂軸油管道、高壓油管道以及密封油備用油管道全部布置在回油套管內(nèi)部。套裝油管由一根主管道和五根支管組成，主管道布置在汽輪機(jī)的一側(cè)，五根支管分別通向五個(gè)軸承箱，見(jiàn)圖1。套裝油管上設(shè)有人孔門(mén)（又稱清洗器），用于進(jìn)行管道內(nèi)部檢查。

2 回油套管焊縫質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)

回油套管焊縫質(zhì)量問(wèn)題最初是在調(diào)試階段的潤(rùn)滑油沖洗過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的。在沖洗的第二階段，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間沖洗后，濾網(wǎng)中仍能發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)金屬顆粒，沖洗不能達(dá)標(biāo)。如果要使沖洗質(zhì)量盡快達(dá)標(biāo)，必須找到硬質(zhì)顆粒的來(lái)源集中清理。三門(mén)核電在沖洗過(guò)程中采取了以下措施：

第一，打開(kāi)各軸承箱人孔門(mén)進(jìn)行目視檢查，尋找顆粒來(lái)源。

檢查結(jié)果：軸承箱內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)黑色金屬顆粒。

第二，潤(rùn)滑油沖洗采用了大流量沖洗裝置，如果其精濾網(wǎng)破損，則金屬顆?？赡軄?lái)自于大流量沖洗裝置。通過(guò)投入精濾網(wǎng)下游的高精濾芯，排查顆粒是否來(lái)源于大流量沖洗裝置。

檢查結(jié)果：投用高精濾芯后，仍能在回油濾網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)金屬顆粒，從而排除了金屬顆粒來(lái)自于大流量沖洗裝置的可能性。

第三，軸承箱內(nèi)有臨時(shí)措施，可對(duì)各個(gè)軸承箱進(jìn)行單獨(dú)隔離。通過(guò)對(duì)五個(gè)軸承箱分別進(jìn)行單獨(dú)沖洗，然后分析每個(gè)軸承箱沖洗的雜質(zhì)，排查顆粒來(lái)自哪根管道。

檢查結(jié)果：每個(gè)軸承箱內(nèi)收集到的雜質(zhì)成分大致相同，并不含有金屬顆粒，不能辨別出金屬顆粒來(lái)自于哪個(gè)軸承箱管道。

第四，在前三種方法檢查無(wú)果的情況下，打開(kāi)套裝油管人孔門(mén)進(jìn)行檢查，尋找顆粒來(lái)源。

檢查結(jié)果：在套裝油管人孔門(mén)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)套管下部?jī)?nèi)壁的現(xiàn)場(chǎng)焊接部位有黑色焊瘤，用手能摸黑色硬質(zhì)顆粒，屬于典型的根部氧化現(xiàn)象，部分焊縫未焊透。

焊縫上掉下的顆粒與濾網(wǎng)所收集雜質(zhì)中的金屬顆粒相似，后續(xù)對(duì)其余人孔門(mén)進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)同樣問(wèn)題。這些顆粒用手觸碰即可掉落，在長(zhǎng)期的沖洗過(guò)程中，也會(huì)有顆粒脫落并進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)，因此判斷焊縫部位的焊瘤是濾網(wǎng)中硬質(zhì)顆粒的真正來(lái)源，見(jiàn)圖2和圖3。

3 焊縫質(zhì)量問(wèn)題原因分析

套裝油管全部采用不銹鋼材料，為半成品供貨，制造廠將大段管道（包括套管和內(nèi)部管道）制造完畢后發(fā)運(yùn)，到現(xiàn)場(chǎng)后由建安商將管道進(jìn)行拼裝和焊接，稱為現(xiàn)場(chǎng)焊縫。根據(jù)設(shè)計(jì)和供貨，整個(gè)回油套管包括18處現(xiàn)場(chǎng)焊縫，本次出現(xiàn)問(wèn)題的焊縫即為這些現(xiàn)場(chǎng)焊縫。

現(xiàn)場(chǎng)焊縫部位采用上下HALF形式連接，下HALF為對(duì)接焊，上HALF為套接焊，見(jiàn)圖4。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，首先將內(nèi)部供油管道、頂軸油管道、高壓油管道等進(jìn)行焊接，然后焊接下HALF，最后焊接上HALF。本次出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的焊縫是下HALF的現(xiàn)場(chǎng)焊縫。

根據(jù)設(shè)計(jì)方文件中的現(xiàn)場(chǎng)焊接規(guī)范，要求不銹鋼的第一層焊接必須TIG焊接，即非熔化極惰性氣體鎢極保護(hù)焊，現(xiàn)場(chǎng)使用氬氣作為保護(hù)氣體。氬氣能有效地隔絕周圍空氣，且氬氣本身不溶于金屬，亦不與金屬反應(yīng)；鎢極氬弧焊過(guò)程中電弧還有自動(dòng)清除弓箭表面氧化膜的作用，使得焊接表面清潔光滑?，F(xiàn)場(chǎng)在填充氬氣時(shí)要求氧氣濃度降至1%（目標(biāo)值），方可進(jìn)行焊接。

焊縫出現(xiàn)根部氧化現(xiàn)象，初步判斷是由于焊接時(shí)的防氧化措施不到位。由于套裝油管直徑較大、管道兩端無(wú)封堵條件、其他現(xiàn)場(chǎng)條件限制，當(dāng)時(shí)施工時(shí)未采用氬氣保護(hù)。

對(duì)于套裝油管制造廠的廠內(nèi)焊接也要求使用氬弧焊，經(jīng)核實(shí)制造廠完全遵照了焊接規(guī)范要求，使用了氬弧焊。隨后在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)廠內(nèi)焊縫進(jìn)行檢查，并未發(fā)現(xiàn)根本氧化現(xiàn)象。

由此可以判斷，建安商沒(méi)有采用TIG焊接，是造成焊接質(zhì)量問(wèn)題的直接原因。

4 問(wèn)題焊縫的處理

潤(rùn)滑油系統(tǒng)是汽輪機(jī)的關(guān)鍵支持性系統(tǒng)，套裝油管的焊接問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行主要產(chǎn)生兩方面影響：

第一，套管現(xiàn)場(chǎng)焊縫不合格，在將來(lái)運(yùn)行過(guò)程中，套管受到冷熱交替影響，可能會(huì)在焊縫處出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生漏油風(fēng)險(xiǎn)，危及汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。

第二，套管現(xiàn)場(chǎng)焊縫根本氧化，存在焊瘤，用手能摸出硬質(zhì)顆粒，這樣會(huì)無(wú)故增加潤(rùn)滑油沖洗的時(shí)間；沖洗不能保證將所有附著的顆粒完全沖干凈，如果顆粒在運(yùn)行期間脫落，將有可能進(jìn)入汽輪機(jī)軸承，危及汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。因此套裝油管的焊接問(wèn)題對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行存在較大風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)所有不合格焊縫進(jìn)行處理。

焊瘤問(wèn)題主要出現(xiàn)在下HALF，該處為對(duì)接焊。如果全部拆除并重新實(shí)施TIG焊接，工程量大，操作難度高，而且會(huì)使沖洗干凈的管道遭受二次污染。如果僅將管道內(nèi)壁的焊瘤打磨，并從內(nèi)壁進(jìn)行重新補(bǔ)焊的話，可以解決焊瘤問(wèn)題，而且工程量小，易于操作（見(jiàn)圖5）。基于現(xiàn)場(chǎng)的條件和工程進(jìn)度，后者更適合。需要注意的是，重新焊接時(shí)，應(yīng)使用TIG焊接方式，向焊點(diǎn)處吹氬氣，以保證焊縫光滑。

基于這一處理思路，確定了焊縫問(wèn)題處理方案：（1）上半HALF焊縫打磨、拆除，套裝油管內(nèi)部通風(fēng)、清理；（2）下半HALF內(nèi)部焊縫打磨、清理及補(bǔ)焊（該條目為重點(diǎn)工作，占用時(shí)間最長(zhǎng)）；（3）上半HALF回裝焊接。

實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注意以下三點(diǎn)：

第一，由于套裝油管內(nèi)進(jìn)過(guò)油，有油氣殘留，因此在焊縫處理過(guò)程中應(yīng)特別注意消防措施。

第二，潤(rùn)滑油系統(tǒng)已經(jīng)沖洗過(guò)半，部分油管路已相當(dāng)清潔，因此焊縫處理過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格注意防異物措施。

第三，浸過(guò)油的焊縫不宜施焊，在焊瘤打磨后，需用脫脂劑將油脂徹底去除，才能進(jìn)行補(bǔ)焊。

5 處理效果

按照上述方案，所有套裝油管焊縫問(wèn)題20天完成處理，管道內(nèi)壁焊縫光滑無(wú)毛刺，外觀質(zhì)量要求滿足DL/T869-2012規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)照片如圖6所示：

經(jīng)過(guò)處理后，重新進(jìn)行潤(rùn)滑油第二階段沖洗，歷時(shí)一個(gè)月達(dá)標(biāo)。

6 結(jié)語(yǔ)

套裝油管的焊縫存在焊瘤，在潤(rùn)滑油的沖洗過(guò)程中進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)，對(duì)沖洗造成很大影響。其原因是管道焊接時(shí)未按照設(shè)計(jì)要求采用氬弧焊打底。對(duì)存在問(wèn)題的焊縫在管道內(nèi)壁進(jìn)行打磨、清理和TIG焊接，可以有效解決此問(wèn)題，從而推進(jìn)潤(rùn)滑油沖洗工作。然而這些都是出現(xiàn)問(wèn)題后的補(bǔ)救措施，更明智的做法是在建安期間嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，可以從源頭上避免此類問(wèn)題的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙忠義.不銹鋼A-TIG焊接方法[J].電焊機(jī)，2008，38（2）.

作者簡(jiǎn)介：劉超（1985-），男，浙江寧波人，供職于三門(mén)核電有限公司，研究方向：核電汽輪機(jī)調(diào)試。

（責(zé)任編輯：王 波）