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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter May 10, 2014

Metallurgical Failure Investigation of Minor Leakage in a Fuel Oil Return Line of a Combined Cycle Gas Turbine Engine

Metallurgische Fehleruntersuchung einer kleinen Leckage an einer Heizölrückleitung einer Kombizyklus-Gasturbine
  • B. Fischer , E. Cagliyan and A. Neidel
From the journal Practical Metallography

Abstract

A small fuel oil return line of a stationary gas turbine engine failed by high cycle fatigue cracking. In the metallurgical root cause investigation, performed by the original equipment manufacturer's laboratory, it was determined that insufficient support of the fuel line and the ensuing vibration led to dynamic alternating bending stresses, that had their maximum immediately adjacent to the connector weld of the flange. The piping system was made of metastable austenitic stainless steels. Constraint in the system at the flange, geometric notches in the weld caused by root reinforcement and excess weld metal at the weld toe, were all determined to have been contributing factors. What is more, the unavoidable metallurgical notch represented by the heat affected zone (HAZ) of the weld joint with its coarse-grained microstructure, may also have contributed to the cracking. The root cause of the failure was a design problem, because sufficient pipe support was not specified. The primary cause of failure was assembly, where the missing supports were not realised to be a potential problem. The organisational cause of failure was insufficient training of design and assembly personnel. Finally, the metallurgical or physical cause of failure was fatigue. It was recommended to provide for additional support brackets in the affected pipe length, in order to prevent the fuel oil return line from vibrating excessively.

Kurzfassung

Eine kleine Heizölrückleitung einer stationären Gasturbine versagte durch einen auf hochzyklische Ermüdung zurückgehenden Bruch. In der metallurgischen Ursachenanalyse im Labor des Erstausrüsters wurde ermittelt, dass unzureichender Halt der Brennstoffleitung und die sich hieraus ergebende Schwingung zu dynamischer Biegewechselbeanspruchung führte, die ihr Maximum unmittelbar angrenzend an die Anschlussschweißnaht des Flansches erreichte. Das Rohrleitungssystem wurde aus rostfreien metastabilen austenitischen Stählen gefertigt. Als zum Versagen beitragende Faktoren wurden eine Dehnungsbehinderung beim Flansch, durch Wurzelüberhöhung verursachte geometrische Kerben in der Schweißnaht und überschüssiges Schweißgut am Übergang der Schweißnaht identifiziert. Hinzu kommt, dass die Wärmeeinflusszone (WEZ) der Schweißverbindung mit ihrer grobkörnigen Mikrostruktur, eine unvermeidbare metallurgische Kerbe, ebenso zum Riss beigetragen haben könnte. Die Grundursache des Versagens war ein Konstruktionsfehler, da eine ausreichende Halterung des Rohrs nicht spezifiziert wurde. Die Hauptursache des Versagens liegt in der Montage. Fehlende Halterungen wurden dort nicht als potenzielles Problem erkannt. Organisatorisch lag die Ursache des Versagens in einer unzureichenden Ausbildung des im Bereich Konstruktion und Montage arbeitenden Personals. Letztendlich war Ermüdung die metallurgische oder physikalische Ursache des Versagens. Es wurde empfohlen, zusätzliche Halterungen in der betroffenen Rohrlänge anzubringen, um übermäßigen Schwingungen an der Heizölrückleitung vorzubeugen.


Übersetzung: E. Engert


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Published Online: 2014-05-10
Published in Print: 2014-05-15

© 2014, Carl Hanser Verlag, München

Downloaded on 28.3.2024 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.3139/147.110252/html
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