王甲安，等/文   華電電力科學研究院有限公司

摘要：汽輪機EH 油系統(tǒng)管道連接供油系統(tǒng),、危急遮斷系統(tǒng)與執(zhí)行機構構成整個回路,，  其作為油介質的傳輸通道，一旦發(fā)生泄漏,，將直接造成發(fā)電機組非計劃停運,，讓企業(yè)蒙受巨大的經(jīng)濟效益與社會效益損失。針對某集團公司近期火電機組發(fā)生的多起EH 油管道泄漏案例,，從金屬材料角度概括了EH 油管道常見的幾類失效機制,，并結合每個典型案例，對失效分析過程及要點做了簡單介紹,，重點從技術監(jiān)督角度提出了治理和防范措施,，具體到相應的檢查方法和檢查內(nèi)容，切合現(xiàn)場，以供借鑒,。

0 引言

汽輪機EH 油系統(tǒng)作為機組重要的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng),，其可靠性直接關系到機組的正常調(diào)節(jié)運行，極端情況下會影響電廠主設備及全廠的重大安全,，甚至造成發(fā)電機組非計劃停運[1-4],。油系統(tǒng)管道連接供油系統(tǒng)、危急遮斷系統(tǒng)與執(zhí)行機構,，構成回路,，其作為油介質的傳輸通道，直接關系到EH 油系統(tǒng)中油介質的流通傳遞,，一旦油系統(tǒng)管道發(fā)生泄漏,，將直接造成發(fā)電機組非計劃停運，讓企業(yè)蒙受巨大的經(jīng)濟效益與社會效益損失,。

EH 油管道主要采用不銹鋼材質(0Cr18Ni9,、1Cr18Ni9Ti 等)，外徑較小,，一般在F14~F32 mm,，管壁厚度為2~4 mm，正常運行時系統(tǒng)壓力一般在14.5 MPa 左右,，最高可達16 MPa,，由于EH油管道管徑小,、壁薄,、工作壓力高，對管子材質質量,、焊接質量及結構布置要求比較高,。EH油管道受機組振動、管夾固定不良以及壓力油波動等因素影響,，會產(chǎn)生頻繁的振動現(xiàn)象,，加之在基建階段EH 油管道穿越空間大、走向復雜,、不便排查的特點,，對機組的安全穩(wěn)定運行埋下了隱患。

近期,，某集團公司發(fā)電企業(yè)發(fā)生了多起EH油管道破裂泄漏導致機組非計劃停運事件,，本文結合這幾起典型案例，總結概括了EH 油管道常見的幾類失效機制,，主要有材質質量缺陷,、焊接質量缺陷、疲勞斷裂以及腐蝕等，并結合每個典型案例,，簡單介紹了其失效分析過程及要點,，重點從技術監(jiān)督角度提出治理和防范措施，治理和防范措施具體到相應的檢查方法和檢查內(nèi)容,，切合現(xiàn)場,，以供參考。

1 材質質量缺陷

材質質量缺陷是指金屬材料在初始狀態(tài)下其自身存在的原始缺陷,，主要包括錯用材料以及加工制造缺陷等[5-6],。對于在役機組，由于檢驗工作量大,、面廣,，檢驗方法針對性不強等因素，找出材質質量缺陷的難度很大,，特別是加工制造類缺陷,，通過常規(guī)的現(xiàn)場檢驗檢測手段更加難以發(fā)現(xiàn)，因此,，建議利用檢修期,，制定動態(tài)的隱患排查計劃，采取多種檢驗手段相結合的方式,，包括取樣進行實驗室分析,，排查加工制造類缺陷隱患。對于錯用材料的情況,，可利用光譜分析儀進行排查,。另外，最好能夠在基建期間嚴把安裝前質量的檢驗檢測工作,，關口前移,，保證機組不“帶病”運行，同時,，加強材料的入庫驗收,、保管、領用的監(jiān)督管理,，按照相關標準[7-9]要求,，切實做好材料的檢驗檢測。

2017 年9 月24 日某電廠2 號機組(600 MW)發(fā)生EH 油管泄漏,，位于彎管處中性面位置,，呈縱向開裂。油管道規(guī)格為F16×2 mm,，材質為0Cr18Ni9 不銹鋼管,。首先進行了化學成分分析,，成分無異常，外觀檢查,，發(fā)現(xiàn)彎管內(nèi),、外表面有多處明顯制造劃痕，部分劃痕縱向延伸至整個管件,。微觀組織分析組織正常,，為正常奧氏體組織，未見晶間腐蝕裂紋,，但存在大量帶狀缺陷,，在服役過程中，這些帶狀組織缺陷易成為裂紋源,，使材料發(fā)生失效開裂,，降低了材料的使用壽命。維氏硬度檢測結果表明油管的彎管部分的維氏硬度值已經(jīng)超出標準要求,。分析認為,，該泄漏的主要原因是材質質量缺陷，微觀組織存在大量帶狀缺陷,，彎管表面質量差,，隨著時間的推移，缺陷擴大最終導致EH 油管道泄漏,。

2 焊接質量缺陷

焊接質量缺陷,，主要包括裂紋、未焊透,、未熔合,、咬邊、氣孔,、焊瘤等缺陷,，這些缺陷存在于金屬基體中,，減少了焊縫截面積,，降低了基體承載能力，產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象,，在應力的作用下,，缺陷逐漸發(fā)展，最終導致基體開裂[5],。焊接質量受坡口形式,、母材、焊材,、焊接工藝,、熱處理工藝以及焊工技術水平等因素影響較大,。由于EH油管管徑小、管壁薄,，焊接時大多采用承插焊接方式,，承插焊類似于角焊縫,，具有一定的焊接強度,，但焊后應力狀況不好，易發(fā)生焊接未焊透,，另外,，EH 油管安裝空間小,，現(xiàn)場焊接施工較困難，在焊接過程中容易發(fā)生焊縫焊接工藝控制不佳,，造成焊接質量差,，勢必導致焊縫應力集中傾向增加，加速焊接失效,。針對焊接質量缺陷,，可通過加強焊材質量監(jiān)督、焊接過程監(jiān)督,，提高焊工技術水平等有效手段來保證焊接質量,，后期可以通過采用合適的檢驗檢測方法及時發(fā)現(xiàn)缺陷。

2017 年7 月4 日某電廠3 號機組發(fā)生EH 油管泄漏,，檢查人員就地檢查,，發(fā)現(xiàn)EH 油A 泵出口管道(規(guī)格F25×2.5mm、材質1Cr18Ni9Ti)至出口濾網(wǎng)前活節(jié)焊縫熔合線處開裂,，見圖1,。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)該管道與活節(jié)采用承插式焊接方式，焊口采用單道焊接,，未采取多層多道的焊接成型方式,，造成焊口存在較大的殘余應力。射線檢測結果表明該類承插式焊縫存在未焊透缺陷,。對該插接接頭縱向剖開后,，宏觀檢查發(fā)現(xiàn)焊縫部位的管子內(nèi)壁存在焊瘤缺陷，表明焊接工藝控制不佳,，再加上焊接時未留有膨脹間隙帶來的膨脹附加應力,，造成在熔合線處產(chǎn)生明顯的微裂紋，繼而在管道持續(xù)的低幅度振動作用下,，最終導致在焊縫處開裂,。

3 疲勞斷裂

疲勞斷裂是指金屬部件在交變應力的作用下，首先在局部應力集中或強度較低部位產(chǎn)生裂紋,，裂紋隨后擴展導致的斷裂[5],。疲勞斷裂時無明顯的塑性變形,，引起疲勞斷裂的應力很低，通常都是低于靜載時的屈服強度,，其微觀形貌能清楚地顯示疲勞源區(qū),、疲勞擴展區(qū)和終斷區(qū)。疲勞斷裂具有在時間上的突發(fā)性,，在位置上的局部性及對環(huán)境和缺陷的敏感性等特點,，故疲勞斷裂常不易被及時發(fā)現(xiàn)且易于造成事故。

2017 年6 月21 日某電廠1 號機組因EH 油管泄漏造成機組非計劃停運,。該EH 油管材質為1Cr18Ni9Ti,，規(guī)格為F14×2.5 mm，首先進行了化學成分分析,，成分無異常,，宏觀檢查，斷口表面凹凸不平,，較為粗糙,，存在明顯區(qū)域性特征。對斷口進行掃描電鏡分析,，發(fā)現(xiàn)斷口存在明顯的疲勞源區(qū),、疲勞擴展區(qū)和終斷區(qū)。圖2 為斷口在掃描電鏡下的微觀形貌圖,，可見疲勞擴展區(qū)存在明顯疲勞輝紋,，終斷區(qū)有明顯突起及變形跡象，微觀呈韌窩斷口形貌,，屬于典型的疲勞斷裂[4-5],。為進一步查找疲勞斷裂的原因，對斷口試樣進行了金相組織分析,，母材組織為正常奧氏體組織,，焊縫區(qū)金相組織明顯粗大，熔合區(qū)附近晶界較粗大,，表明該焊縫焊接工藝控制不佳,，焊接線能量過大，焊接質量差,，勢必導致該焊縫應力集中傾向增加,。該斷口所處位置位于EH 油管道接頭螺母旁，距離中調(diào)門閥很近,，本身在服役狀態(tài)下就是應力相對集中區(qū)，而內(nèi)部又承受了15 MPa 的工作油壓,，加上焊接工藝控制不良帶來的附加應力,，繼而在持續(xù)受到機組振動帶來的直接或間接的低周交變應力作用下,，最終導致在薄弱部位開裂、擴展,，直至完全斷裂,。

4 腐蝕

EH 油系統(tǒng)的正常工作油溫為21~60 ℃，運行中一般控制在43~55 ℃,，當EH 油局部過熱時,，就可能產(chǎn)生氧化，導致酸值增加變質,，對伺服閥,、電磁閥、管道等產(chǎn)生腐蝕,。統(tǒng)計歷年EH 油管道泄漏事件,，EH 油管道因腐蝕原因造成泄漏的情況并不多見，但是,，因EH 油酸值,、水分、顆粒度升高造成油質下降進而影響系統(tǒng)的正常運行的事件時有發(fā)生,，運行人員應加強對EH 油取樣化驗監(jiān)督,，如發(fā)現(xiàn)油中酸度、電阻率,、水分,、顆粒度等嚴重超標時，應及時進行換油處理,。

2018 年1 月28 日某電廠11 號機組發(fā)生了GV3 油動機EH 安全油管道彎頭內(nèi)側因腐蝕導致漏油,，造成EH 油壓低機組非計劃停運。該EH油管道彎頭漏點處最靠近主汽門的殼體,，運行溫度相對較高,，在高溫的長期作用下，EH 油發(fā)生變質,，并結成油垢沉積在彎頭局部管壁上,，隨著油垢的濃度和酸度大幅增加，較高的溫度又加快了腐蝕,，形成腐蝕坑,，最終穿透管壁而發(fā)生泄漏。通過對該彎頭縱向剖開宏觀檢查,，發(fā)現(xiàn)在油管彎頭處存在長約6 cm 左右的黑色硬質碳化物,，清理后，有2 個5 mm 左右的腐蝕坑,，其中有一個腐蝕坑已完全穿透管壁造成本次事件,。

5 結論與建議

EH 油管道作為油介質的傳輸通道,，直接關系到EH 油系統(tǒng)中油介質的流通傳遞，一旦油系統(tǒng)管道發(fā)生泄漏,，將直接造成發(fā)電機組非計劃停運,。本文結合幾起典型案例，從金屬材料角度,，概括了EH 油管道常見的幾類失效機制,，主要有材質質量缺陷、焊接質量缺陷,、疲勞斷裂以及腐蝕等,。各發(fā)電企業(yè)應高度重視EH 油系統(tǒng)管道的監(jiān)督、檢驗和診斷,，超前預測EH 油管道的缺陷和隱患,，全面提高EH 油管道的安全穩(wěn)定。

1）重視對EH 油管道的監(jiān)督檢驗,，全面梳理基建期間及在役運行階段EH 油管道等機,、爐外小管及壓力容器技術檔案，建立健全技術檔案,，動態(tài)管理,。技術檔案至少應包括系統(tǒng)名稱、安裝部位,、管道(及閥門),、規(guī)格及長度、彎頭數(shù)量及位置,、使用材質,、焊口數(shù)量及位置，檢驗及更換記錄等等,，必要時應有管線圖,。

2）組織排查EH 油管道是否存在焊縫質量缺陷、管道異常振動,、管道布置不合理,、管道材質缺陷、與熱源安全距離不足,、管道支吊架異常情況等問題,，發(fā)現(xiàn)問題要及時采取有效的防范措施。

3）加強EH 油管道振動監(jiān)測與治理,。EH 油管道受機組振動,、管夾固定不良以及壓力油波動等因素影響，會產(chǎn)生頻繁的振動現(xiàn)象，應避免管道和焊縫長期處在振動較大的工況下運行,，及時治理,，消除隱患,。

4）加強對EH 油管道焊縫的檢驗檢測,，特別是插入式焊接結構形式的三通焊縫、結構突變部位焊縫的檢測,，檢測時應優(yōu)先選用射線探傷與滲透探傷結合的方式,，如檢測空間允許，進行射線探傷時應采用2次透射的方式(2次透射角度相差90°),，以提高缺陷檢出率,。

5）加強EH 油管的焊接監(jiān)督：對于性能不良、存在缺陷的焊口進行更換,，更換時,，優(yōu)先采用對接形式，加強焊工技術資格的審查,，嚴格執(zhí)行焊接工藝要求,，焊接過程應有專人進行質量監(jiān)督，加強過程質量控制,。焊后對焊口進行100%檢驗,。

6）加強新更換EH 油管的檢驗。更換的新管必須按照相關標準的要求經(jīng)檢驗合格后方可投入使用,。其化學成分,、規(guī)格尺寸應符合要求，無表面質量缺陷,，必要時,，應取樣進行微觀組織、力學性能,、工藝性能的檢驗,。

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來源：《發(fā)電技術》2018年第4期