火电机组EH油管道泄漏典型案例分析及防范措施

王甲安，王兴合，张瑞臣，贺军，马龙信，郭佳雷

（1.华电电力科学研究院有限公司，浙江省 杭州市 310030；2.中国华电集团有限公司，北京市 西城区 100031）

0 引言

汽轮机EH油系统作为机组重要的调节保安系统，其可靠性直接关系到机组的正常调节运行，极端情况下会影响电厂主设备及全厂的重大安全，甚至造成发电机组非计划停运[1-4]。油系统管道连接供油系统、危急遮断系统与执行机构，构成回路，其作为油介质的传输通道，直接关系到EH油系统中油介质的流通传递，一旦油系统管道发生泄漏，将直接造成发电机组非计划停运，让企业蒙受巨大的经济效益与社会效益损失。

EH油管道主要采用不锈钢材质(0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等)，外径较小，一般在Φ14～Φ32 mm，管壁厚度为 2～4 mm，正常运行时系统压力一般在14.5 MPa左右，最高可达16 MPa，由于EH油管道管径小、壁薄、工作压力高，对管子材质质量、焊接质量及结构布置要求比较高。EH油管道受机组振动、管夹固定不良以及压力油波动等因素影响，会产生频繁的振动现象，加之在基建阶段EH油管道穿越空间大、走向复杂、不便排查的特点，对机组的安全稳定运行埋下了隐患。

近期，某集团公司发电企业发生了多起 EH油管道破裂泄漏导致机组非计划停运事件，本文结合这几起典型案例，总结概括了EH油管道常见的几类失效机制，主要有材质质量缺陷、焊接质量缺陷、疲劳断裂以及腐蚀等，并结合每个典型案例，简单介绍了其失效分析过程及要点，重点从技术监督角度提出治理和防范措施，治理和防范措施具体到相应的检查方法和检查内容，切合现场，以供参考。

1 材质质量缺陷

材质质量缺陷是指金属材料在初始状态下其自身存在的原始缺陷，主要包括错用材料以及加工制造缺陷等[5-6]。对于在役机组，由于检验工作量大、面广，检验方法针对性不强等因素，找出材质质量缺陷的难度很大，特别是加工制造类缺陷，通过常规的现场检验检测手段更加难以发现，因此，建议利用检修期，制定动态的隐患排查计划，采取多种检验手段相结合的方式，包括取样进行实验室分析，排查加工制造类缺陷隐患。对于错用材料的情况，可利用光谱分析仪进行排查。另外，最好能够在基建期间严把安装前质量的检验检测工作，关口前移，保证机组不“带病”运行，同时，加强材料的入库验收、保管、领用的监督管理，按照相关标准[7-9]要求，切实做好材料的检验检测。

2017年9月24日某电厂2号机组(600 MW)发生EH油管泄漏，位于弯管处中性面位置，呈纵向开裂。油管道规格为Φ16×2 mm，材质为0Cr18Ni9不锈钢管。首先进行了化学成分分析，成分无异常，外观检查，发现弯管内、外表面有多处明显制造划痕，部分划痕纵向延伸至整个管件。微观组织分析组织正常，为正常奥氏体组织，未见晶间腐蚀裂纹，但存在大量带状缺陷，在服役过程中，这些带状组织缺陷易成为裂纹源，使材料发生失效开裂，降低了材料的使用寿命。维氏硬度检测结果表明油管的弯管部分的维氏硬度值已经超出标准要求。分析认为，该泄漏的主要原因是材质质量缺陷，微观组织存在大量带状缺陷，弯管表面质量差，随着时间的推移，缺陷扩大最终导致EH油管道泄漏。

2 焊接质量缺陷

焊接质量缺陷，主要包括裂纹、未焊透、未熔合、咬边、气孔、焊瘤等缺陷，这些缺陷存在于金属基体中，减少了焊缝截面积，降低了基体承载能力，产生应力集中现象，在应力的作用下，缺陷逐渐发展，最终导致基体开裂[5]。焊接质量受坡口形式、母材、焊材、焊接工艺、热处理工艺以及焊工技术水平等因素影响较大。由于 EH油管管径小、管壁薄，焊接时大多采用承插焊接方式，承插焊类似于角焊缝，具有一定的焊接强度，但焊后应力状况不好，易发生焊接未焊透，另外，EH油管安装空间小，现场焊接施工较困难，在焊接过程中容易发生焊缝焊接工艺控制不佳，造成焊接质量差，势必导致焊缝应力集中倾向增加，加速焊接失效。针对焊接质量缺陷，可通过加强焊材质量监督、焊接过程监督，提高焊工技术水平等有效手段来保证焊接质量，后期可以通过采用合适的检验检测方法及时发现缺陷。

2017年7月4日某电厂3号机组发生EH油管泄漏，检查人员就地检查，发现EH油A泵出口管道(规格Φ25×2.5mm、材质 1Cr18Ni9Ti)至出口滤网前活节焊缝熔合线处开裂，见图 1。宏观检查发现该管道与活节采用承插式焊接方式，焊口采用单道焊接，未采取多层多道的焊接成型方式，造成焊口存在较大的残余应力。射线检测结果表明该类承插式焊缝存在未焊透缺陷。对该插接接头纵向剖开后，宏观检查发现焊缝部位的管子内壁存在焊瘤缺陷，表明焊接工艺控制不佳，再加上焊接时未留有膨胀间隙带来的膨胀附加应力，造成在熔合线处产生明显的微裂纹，继而在管道持续的低幅度振动作用下，最终导致在焊缝处开裂。

图1 EH油管道承插式焊接宏观形貌图Fig. 1 Macro-morphology of EH oil pipeline socket welding

3 疲劳断裂

疲劳断裂是指金属部件在交变应力的作用下，首先在局部应力集中或强度较低部位产生裂纹，裂纹随后扩展导致的断裂[5]。疲劳断裂时无明显的塑性变形，引起疲劳断裂的应力很低，通常都是低于静载时的屈服强度，其微观形貌能清楚地显示疲劳源区、疲劳扩展区和终断区。疲劳断裂具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳断裂常不易被及时发现且易于造成事故。

图2 断口扫描电镜图Fig. 2 SEM image of the fracture

2017年6月21日某电厂1号机组因EH油管泄漏造成机组非计划停运。该EH油管材质为1Cr18Ni9Ti，规格为Φ14×2.5 mm，首先进行了化学成分分析，成分无异常，宏观检查，断口表面凹凸不平，较为粗糙，存在明显区域性特征。对断口进行扫描电镜分析，发现断口存在明显的疲劳源区、疲劳扩展区和终断区。图2为断口在扫描电镜下的微观形貌图，可见疲劳扩展区存在明显疲劳辉纹，终断区有明显突起及变形迹象，微观呈韧窝断口形貌，属于典型的疲劳断裂[4-5]。为进一步查找疲劳断裂的原因，对断口试样进行了金相组织分析，母材组织为正常奥氏体组织，焊缝区金相组织明显粗大，熔合区附近晶界较粗大，表明该焊缝焊接工艺控制不佳，焊接线能量过大，焊接质量差，势必导致该焊缝应力集中倾向增加。该断口所处位置位于EH油管道接头螺母旁，距离中调门阀很近，本身在服役状态下就是应力相对集中区，而内部又承受了15 MPa的工作油压，加上焊接工艺控制不良带来的附加应力，继而在持续受到机组振动带来的直接或间接的低周交变应力作用下，最终导致在薄弱部位开裂、扩展，直至完全断裂。

4 腐蚀

EH油系统的正常工作油温为 21～60 ℃，运行中一般控制在43～55 ℃，当EH油局部过热时，就可能产生氧化，导致酸值增加变质，对伺服阀、电磁阀、管道等产生腐蚀。统计历年EH油管道泄漏事件，EH油管道因腐蚀原因造成泄漏的情况并不多见，但是，因EH油酸值、水分、颗粒度升高造成油质下降进而影响系统的正常运行的事件时有发生，运行人员应加强对EH油取样化验监督，如发现油中酸度、电阻率、水分、颗粒度等严重超标时，应及时进行换油处理。

2018年 1月28日某电厂 11号机组发生了GV3油动机EH安全油管道弯头内侧因腐蚀导致漏油，造成 EH油压低机组非计划停运。该 EH油管道弯头漏点处最靠近主汽门的壳体，运行温度相对较高，在高温的长期作用下，EH油发生变质，并结成油垢沉积在弯头局部管壁上，随着油垢的浓度和酸度大幅增加，较高的温度又加快了腐蚀，形成腐蚀坑，最终穿透管壁而发生泄漏。通过对该弯头纵向剖开宏观检查，发现在油管弯头处存在长约6 cm左右的黑色硬质碳化物，清理后，有2个5 mm左右的腐蚀坑，其中有一个腐蚀坑已完全穿透管壁造成本次事件。

5 结论与建议

EH油管道作为油介质的传输通道，直接关系到EH油系统中油介质的流通传递，一旦油系统管道发生泄漏，将直接造成发电机组非计划停运。本文结合几起典型案例，从金属材料角度，概括了EH油管道常见的几类失效机制，主要有材质质量缺陷、焊接质量缺陷、疲劳断裂以及腐蚀等。各发电企业应高度重视EH油系统管道的监督、检验和诊断，超前预测EH油管道的缺陷和隐患，全面提高EH油管道的安全稳定。

1）重视对EH油管道的监督检验，全面梳理基建期间及在役运行阶段EH油管道等机、炉外小管及压力容器技术档案，建立健全技术档案，动态管理。技术档案至少应包括系统名称、安装部位、管道(及阀门)、规格及长度、弯头数量及位置、使用材质、焊口数量及位置，检验及更换记录等等，必要时应有管线图。

2）组织排查EH油管道是否存在焊缝质量缺陷、管道异常振动、管道布置不合理、管道材质缺陷、与热源安全距离不足、管道支吊架异常情况等问题，发现问题要及时采取有效的防范措施。

3）加强EH油管道振动监测与治理。EH油管道受机组振动、管夹固定不良以及压力油波动等因素影响，会产生频繁的振动现象，应避免管道和焊缝长期处在振动较大的工况下运行，及时治理，消除隐患。

4）加强对EH油管道焊缝的检验检测，特别是插入式焊接结构形式的三通焊缝、结构突变部位焊缝的检测，检测时应优先选用射线探伤与渗透探伤结合的方式，如检测空间允许，进行射线探伤时应采用2次透射的方式(2次透射角度相差90°)，以提高缺陷检出率。

5）加强EH油管的焊接监督：对于性能不良、存在缺陷的焊口进行更换，更换时，优先采用对接形式，加强焊工技术资格的审查，严格执行焊接工艺要求，焊接过程应有专人进行质量监督，加强过程质量控制。焊后对焊口进行100%检验。

6）加强新更换EH油管的检验。更换的新管必须按照相关标准的要求经检验合格后方可投入使用。其化学成分、规格尺寸应符合要求，无表面质量缺陷，必要时，应取样进行微观组织、力学性能、工艺性能的检验。