某电厂循环水泵大轴断裂的原因分析

牛文献，牛保献

(1.华电曹妃甸重工装备有限公司，河北 唐山 063210;2.河南省电力工业锅炉压力容器检验中心，郑州 450052)

1 问题的提出

循环水泵作为电厂水循环的重要设备，其安全状况直接影响到机组水循环系统能否安全可靠运行。2013年，某电厂#1机组1A循环水泵在运行中突然出现了大轴断裂现象，造成了重大设备事故。水泵型号为1800HLBK－24.1，断裂的水泵大轴材料为2Cr13，规格为ø 186 mm。大轴断裂后，随即对循环水泵大轴材料进行了金相检测和原因分析。

2 检查情况

2.1 宏观检查

断裂的位置在下主轴的下端键槽的上端处(如图1、图2所示)，断裂起源于轴的内部，起源处断面沿纵向分布，距外表面约46mm，先沿周向扩展约40 mm后转向外表面(如图3、图4所示)，主裂纹在轴向上分布很长，总长约900 mm。在裂纹前端将轴锯开，观察轴的横截面，发现轴的心部与边缘颜色不同，边缘颜色浅的区域深度约20 mm，两处硬度也不同(见本章2.3硬度检验)。

图1 断裂位置示意

图2 断裂位置形貌1

图3 断裂位置形貌2

图4 断裂位置形貌3

2.2 光谱检测

使用XL 3t 800合金分析仪对1A轴的材质进行检测。检测结果见表1。

表1 1A轴的材质的检测结果 %

2.3 硬度检验

使用Bambino2里氏硬度计对1A轴的2个样品进行硬度检验，检验位置如图3～图5所示，检测结果(每个检测位置点选取4个硬度值，最后取平均值)见表2。

图5 轴的横截面形貌

表2 硬度检验结果 HB

按照DL/T 438—2009《火力发电厂金属技术监督规程》要求，2Cr13钢硬度范围为212～277 HB，而1A轴断裂位置(#9，#12，#15，#18，#4，#5，#6)表面及心部硬度值均超出标准值。

2.4 断口检验

对1A轴的断口进行观察，发现断裂起源于轴的心部(如图6所示)，起源区较宽，沿轴向分布，起源区颜色发黑、呈颗粒状，断裂起源及扩展形貌如图7、图8所示。

图6 轴的断裂形貌

图7 断裂起源及扩展形貌1

图8 断裂起源及扩展形貌2

2.5 微观检测

在图5的#1，#5，图4的#18及图6的A处取样进行金相检验。

A处(如图9～图11所示):组织为马氏体+碳化物+铁素体，为不合格组织，组织中有淬火裂纹，断裂起源处为沿晶断裂，断面附近有沿晶裂纹。

#18处(如图12所示):组织为马氏体+碳化物，为不合格组织。

#1处(如图13所示):组织为回火索氏体+碳化物+铁素体。

#5处(如图14所示):组织为马氏体+碳化物+铁素体，为不合格组织。

图9 A处组织形貌 ×1000

图10 A处淬火裂纹形貌 ×500

图11 A处断口附近沿晶裂纹形貌 ×500

图12 #18处组织形貌 ×500

图13 #1处组织形貌 ×1000

图14 #5处组织形貌 ×500

3 原因分析

(1)断裂起源处颜色发黑，说明断裂源是在大轴加热过程中产生的。

(2)2Cr13钢经淬火并高温回火后才能使用，正常金相组织应为回火索氏体。从检查结果来看，断裂轴未经过整体正常热处理，组织为马氏体+碳化物+铁素体，为不合格组织。同时，相应的硬度检验结果也不符合相关标准的要求。

(3)断裂起源为轴的心部，正好位于表面及心部组织的不合格区域。断裂起源处组织中有沿晶裂纹，是热处理时产生的淬火裂纹。

4 预防措施

针对#1机组1A循环水泵大轴的断裂的问题，作者提出了如下防护措施。

(1)应对同一厂家的所有循环水泵大轴进行硬度及探伤检查。

(2)对存在问题的大轴进行更换，且新轴的各项性能指标应符合相关标准的要求。

(3)在机组运行过程中，应定期对大轴进行检查，发现问题及时处理。

5 结论

作者认为，#1机组1A循环水泵大轴发生断裂的原因是大轴热处理状态不正常且在淬火时出现淬火裂纹，在使用过程中淬火裂纹不断扩展，并最终导致了断裂。提出了预防措施后，为机组长期稳定运行创造了条件。