汽輪機熱電偶斷裂原因分析

王艷芳 楊偉東

摘要：熱電廠某汽輪機熱電偶發生斷裂，通過斷口宏觀微觀分析，對斷裂原因進行了分析，結果表明：由于熱電偶在安裝過程中操作不當，螺母錯絲扣擰緊過程中使熱電偶芯發生彎曲，磨損內壁，磨粒對熱電偶沖蝕是發生斷裂的主要原因。

關鍵詞：熱電偶;沖蝕

前言

某熱電廠汽輪機工作溫度550℃，工作壓力4.5MPa。車間人員發現熱該熱電偶無數據傳輸，打開保溫棉取出熱電偶發現已經斷裂，為查明斷裂原因，避免類似事故的再發生，作者對發生斷裂的熱電偶進行了檢驗和分析。

1理化檢驗

1.1宏觀檢查

斷口部位熱電偶緊固螺母與螺絲錯位配合，熱電偶保護套管發生彎折，同時熱電偶內熱電偶芯向一側彎曲。對斷裂熱電偶和使用機械工具剪切熱電偶端面進行對比，發現斷裂熱電偶發生減薄，且套管內絕緣材料大部分已消失。將熱電偶進行清洗，[1]斷口整體呈灰色，某些局部呈黑色。斷口有一處較突出，為最后撕裂區域。

1.2微觀分析

通過微觀分析觀察，找出斷裂源區。

微觀分析觀察，發現2根熱電偶芯彎曲與絕緣管接觸，接觸部位的絕緣管被磨損減薄。在磨損剩余絕緣管斷口表面，發現存在一些小孔，其余表面相對平坦。同時發現絕緣管與保護套管之間間距由于保護套管發生彎折而減小、幾乎相接觸。絕緣管內壁為圓弧面，圓弧面存在很多方向性小孔，孔洞口方向多朝向內壁，且小孔分布從絕緣管內壁至外壁，其余區域雖存在小孔，但未存在方向性。因此認為絕緣管內壁為圓弧面部位為絕緣管斷裂源區。

保護套管斷口表面也存在許多小孔，多數部位相對較平坦，小孔未有明顯方向性。在緊鄰絕緣管斷裂源區的保護套管部位，存在沖刷分層區，分層部位下層處有明亮的金屬光澤、為新鮮的金屬表面并聚集許多白色小顆粒，在下層根部顆粒聚集增多;上層表面顏色為黑灰色，表面顆粒物減少，表面也存在許多小孔且有一定的方向性。對保護套管其它區域放大進行微觀形貌觀察，發現其它區域套管表面也存在大量的小孔，小孔方向性明顯，但表面相對平坦，并只存在極少量的白色顆粒物。因此認為緊鄰絕緣管斷裂源區的保護套管部位為保護套管斷裂源區。

2?綜合分析

2.1綜合上述原因，認為熱電偶斷口斷裂形貌為典型沖蝕斷裂形貌。由于熱電偶緊固螺母與螺絲錯位緊固，使熱電偶保護套管及熱電偶芯向一側發生彎折，2根彎折熱電偶芯與絕緣管接觸，絕緣管被磨損。由于汽輪機運行過程中產生微振動，振動使絕緣管不斷被磨損，當磨損至一定程度即熱電偶芯與絕緣管之間不接觸時，磨損停止;結合微觀形貌觀察到此處還有剩余壁厚，且剩余壁厚斷面上還存在沖蝕小孔，因此此處絕緣管非磨損斷裂，為非最先斷裂源區。

2.2觀察絕緣管內壁為圓弧面，且存在很多方向性沖蝕小孔，其余區域小孔未存在方向性。因此判斷該區域為絕緣管最初斷裂源區。與該區緊鄰保護套管斷口表面也存在許多方向性沖蝕小孔。且該處保護套管存在剝離分層，下層較上層光亮、白色小顆粒聚集增多，說明此處本為同一斷面，由于絕緣管斷裂源區受顆粒物沖蝕后穿孔、顆粒物從穿孔處繼續不斷沖蝕緊鄰保護套管，在沖蝕過程中，保護套管被沖蝕形成斷面，持續沖蝕過程中斷面被顆粒物不斷沖蝕，在振動的作用下或斷面方向變化因此沖蝕產生新的剝離層面，新剝離層面處于初形成階段，因此微觀觀察到剝離層表面較新鮮呈現明亮的金屬光澤，所以在此處能看到聚集的白色顆粒物。對保護套管其它區域放大進行微觀形貌觀察，發現套管表面存在大量的小孔，小孔方向性明顯，呈現典型沖蝕形貌，其表面相對平坦并伴有因沖蝕而使斷面層層剝離的形貌綜上所述認為保護套管緊鄰絕緣管最初斷裂源區部位為的保護套的斷裂源區。

2.3由于熱電偶緊固螺母與螺絲錯位緊固，使熱電偶保護套管一側發生彎折擠壓，另一側則被拉伸。擠壓部位在微振動的作用下不斷產生磨粒磨損，而拉伸部位由于被拉伸空間相對增大，因此磨粒在拉伸區域內活動相對活躍，在微振動的作用下磨粒不斷沖蝕該區域表面，隨著時間的積累，最終沖蝕穿孔直至斷裂。

3?結論

熱電偶斷口斷裂形貌為典型沖蝕斷裂形貌。由于熱電偶緊固螺母與螺絲錯位緊固，使熱電偶保護套管一側發生彎折。彎折部位產生磨粒磨損，在微振動的作用下磨粒不斷沖蝕絕緣管內壁至外壁，沖蝕穿孔后又沖蝕保護套管，隨著時間的積累，沖蝕不斷擴展最終沖蝕穿孔直至斷裂。

參考文獻

[1]何家勝，崔好選，朱曉明.熱電偶套管斷裂失效分析研究.《Equipment?Manufactring?Technology》.No.1，2007.

作者簡介：王艷芳（1981～），女，工程師，主要從事壓力容器、管道理化檢驗及設備失效分析工作。