汽轮机热电偶断裂原因分析

王艳芳 杨伟东

摘要：热电厂某汽轮机热电偶发生断裂，通过断口宏观微观分析，对断裂原因进行了分析，结果表明：由于热电偶在安装过程中操作不当，螺母错丝扣拧紧过程中使热电偶芯发生弯曲，磨损内壁，磨粒对热电偶冲蚀是发生断裂的主要原因。

关键词：热电偶;冲蚀

前言

某热电厂汽轮机工作温度550℃，工作压力4.5MPa。车间人员发现热该热电偶无数据传输，打开保温棉取出热电偶发现已经断裂，为查明断裂原因，避免类似事故的再发生，作者对发生断裂的热电偶进行了检验和分析。

1理化检验

1.1宏观检查

断口部位热电偶紧固螺母与螺丝错位配合，热电偶保护套管发生弯折，同时热电偶内热电偶芯向一侧弯曲。对断裂热电偶和使用机械工具剪切热电偶端面进行对比，发现断裂热电偶发生减薄，且套管内绝缘材料大部分已消失。将热电偶进行清洗，[1]断口整体呈灰色，某些局部呈黑色。断口有一处较突出，为最后撕裂区域。

1.2微观分析

通过微观分析观察，找出断裂源区。

微观分析观察，发现2根热电偶芯弯曲与绝缘管接触，接触部位的绝缘管被磨损减薄。在磨损剩余绝缘管断口表面，发现存在一些小孔，其余表面相对平坦。同时发现绝缘管与保护套管之间间距由于保护套管发生弯折而减小、几乎相接触。绝缘管内壁为圆弧面，圆弧面存在很多方向性小孔，孔洞口方向多朝向内壁，且小孔分布从绝缘管内壁至外壁，其余区域虽存在小孔，但未存在方向性。因此认为绝缘管内壁为圆弧面部位为绝缘管断裂源区。

保护套管断口表面也存在许多小孔，多数部位相对较平坦，小孔未有明显方向性。在紧邻绝缘管断裂源区的保护套管部位，存在冲刷分层区，分层部位下层处有明亮的金属光泽、为新鲜的金属表面并聚集许多白色小颗粒，在下层根部颗粒聚集增多;上层表面颜色为黑灰色，表面颗粒物减少，表面也存在许多小孔且有一定的方向性。对保护套管其它区域放大进行微观形貌观察，发现其它区域套管表面也存在大量的小孔，小孔方向性明显，但表面相对平坦，并只存在极少量的白色颗粒物。因此认为紧邻绝缘管断裂源区的保护套管部位为保护套管断裂源区。

2 综合分析

2.1综合上述原因，认为热电偶断口断裂形貌为典型冲蚀断裂形貌。由于热电偶紧固螺母与螺丝错位紧固，使热电偶保护套管及热电偶芯向一侧发生弯折，2根弯折热电偶芯与绝缘管接触，绝缘管被磨損。由于汽轮机运行过程中产生微振动，振动使绝缘管不断被磨损，当磨损至一定程度即热电偶芯与绝缘管之间不接触时，磨损停止;结合微观形貌观察到此处还有剩余壁厚，且剩余壁厚断面上还存在冲蚀小孔，因此此处绝缘管非磨损断裂，为非最先断裂源区。

2.2观察绝缘管内壁为圆弧面，且存在很多方向性冲蚀小孔，其余区域小孔未存在方向性。因此判断该区域为绝缘管最初断裂源区。与该区紧邻保护套管断口表面也存在许多方向性冲蚀小孔。且该处保护套管存在剥离分层，下层较上层光亮、白色小颗粒聚集增多，说明此处本为同一断面，由于绝缘管断裂源区受颗粒物冲蚀后穿孔、颗粒物从穿孔处继续不断冲蚀紧邻保护套管，在冲蚀过程中，保护套管被冲蚀形成断面，持续冲蚀过程中断面被颗粒物不断冲蚀，在振动的作用下或断面方向变化因此冲蚀产生新的剥离层面，新剥离层面处于初形成阶段，因此微观观察到剥离层表面较新鲜呈现明亮的金属光泽，所以在此处能看到聚集的白色颗粒物。对保护套管其它区域放大进行微观形貌观察，发现套管表面存在大量的小孔，小孔方向性明显，呈现典型冲蚀形貌，其表面相对平坦并伴有因冲蚀而使断面层层剥离的形貌综上所述认为保护套管紧邻绝缘管最初断裂源区部位为的保护套的断裂源区。

2.3由于热电偶紧固螺母与螺丝错位紧固，使热电偶保护套管一侧发生弯折挤压，另一侧则被拉伸。挤压部位在微振动的作用下不断产生磨粒磨损，而拉伸部位由于被拉伸空间相对增大，因此磨粒在拉伸区域内活动相对活跃，在微振动的作用下磨粒不断冲蚀该区域表面，随着时间的积累，最终冲蚀穿孔直至断裂。

3 结论

热电偶断口断裂形貌为典型冲蚀断裂形貌。由于热电偶紧固螺母与螺丝错位紧固，使热电偶保护套管一侧发生弯折。弯折部位产生磨粒磨损，在微振动的作用下磨粒不断冲蚀绝缘管内壁至外壁，冲蚀穿孔后又冲蚀保护套管，随着时间的积累，冲蚀不断扩展最终冲蚀穿孔直至断裂。

参考文献

[1]何家胜，崔好选，朱晓明.热电偶套管断裂失效分析研究.《Equipment Manufactring Technology》.No.1，2007.

作者简介：王艳芳（1981～），女，工程师，主要从事压力容器、管道理化检验及设备失效分析工作。