汽机专业金属监督课件.ppt

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1、1,电厂汽机专业金属技术监督, 吕 煜,2,目 录,概 述,常见事故案例,关键部件失效分析,汽机专业金属监督重点,3,概 述,汽机作为火力发电机组关键部件，一直以来都是金属 技术监督的重点，汽机主机及其附件的安全稳定直接关系 到机组的经济性和安全性。,4,概 述,汽机专业重点金属监督部件包括： 汽轮机转子及其附件。 发电机转子及其附件。 高温螺栓（M32）、对轮螺栓。 汽缸、汽室。 主汽门、调速汽门及其他阀门。 汽机侧主蒸汽、高温再热蒸汽管道及附件。,5,概 述,汽轮机转子及其附件主要监督部件： 转子体、转子轴颈、变截面R弧、汽封槽、轴端面、中心孔、叶片、叶根、拉金 围带、平衡孔、调节级（轴向

2、键槽）、调速级叶轮侧平面、轴瓦、推力瓦。 发电机转子及其附件主要监督部件： 转子、转子轴颈、变截面R弧、护环、风冷扇叶、轴瓦、推力瓦。 高温螺栓、对轮螺栓监督部位： 螺纹处、螺栓杆。 汽缸、汽室主要监督部位： 高温、变截面、补焊区、现场补焊部位。,6,概 述,5. 主汽门、调速汽门、平衡环及其他阀门监督部位： 阀体、变截面处、补焊区、现场补焊部位。 6. 主蒸汽、再热蒸汽管道及附件主要监督部件： 直管、弯头、弯管、对接焊缝、三通、异径管及与其相连的疏水管、空气管、 压力表管及温度测点等。,7,概 述,目前，电站汽机专业金属技术监督工作主要依DL/T438-2009火力 发电厂金属技术监督规程、

3、中国大唐集团公司火电金属技术监督制度及火力发电厂高温紧固件技术导则。该标准为中华人民共和国电力行业标准。,8,概 述,DL/T438-2009对汽机专业金属监督分为安装前的质量检验和机组运 行期间的检验监督两个部分。 标准规定了汽轮机金属监督的部件范围： 工作温度400的高温承压部件（含主蒸汽管道、高温再热 蒸汽管、阀壳和三通）以及与其相联的小管。 b）工作温度400的导汽管、联络管。 e）汽轮机大轴、叶轮、叶片、拉金、轴瓦和发电机大轴、护环、风扇叶。 f）工作温度400的螺栓。 g）工作温度400的汽缸、汽室、主汽门、调速汽门、喷嘴、隔板和隔板套。,9,常见事故案例,近几年来，行业内发生多起

4、汽轮机汽缸裂纹、螺栓断裂、 叶片断裂、大轴开裂等关键部件失效导致的机组非停事故，尤 其是因叶片断裂引发的事故接连发生。下面分类介绍不同设备 引发的事故案例，希望能引起大家足够的重视，避免同类事故 再次发生。,10,常见事故案例,汽缸结合面裂纹,11,常见事故案例,叶片裂纹,叶片断裂,12,常见事故案例,发电机护环断裂,13,常见事故案例,静叶裂纹,静叶磨损及修复,14,常见事故案例,导汽管裂纹,导汽管裂纹,15,常见事故案例,主汽管焊缝裂纹,16,常见事故案例,主蒸汽管道材质用错引发管道胀粗、裂纹,17,常见事故案例,主汽疏水管管座裂纹,18,常见事故案例,导汽格栅断裂,19,常见事故案例,高

5、调门门杆断裂及修复,20,常见事故案例,螺栓断裂,轴瓦脱胎,21,关键部件失效分析,关键部件失效分析主要从高温螺栓、汽缸、转子轴体 汽轮机叶片、轴瓦、汽机侧主汽管等几个方面进行分 析。,22,失效分析 高温螺栓,高温螺栓是汽轮机的关键部件之一，它连接汽缸法兰和阀门 兰，在汽轮机运行期间保证高温蒸汽的密封，工作条件非常苛刻。 常见的材质：汽轮机汽缸螺栓,材质包括C422 （2Cr12NiMoWVV）、TiB(20Cr1Mo1VTiB)、25CrMoVA、25Cr2Mo1VA、 30Cr1Mo1V、20Cr1Mo1VNbTiB、R-26（镍钴铁基高温合 金）、GH4145（即镍钴合金）等。,高温螺

6、栓,23,失效分析 高温螺栓,常见的问题：硬度超标、裂纹、螺纹磨损； 失效形式： 脆性断裂； 断裂原因： 高温蠕变、应力腐蚀、制造或装配不当； 产生后果： 阀门卡涩、蒸汽泄漏等。,24,失效分析 高温螺栓,高压内缸螺栓断裂事故（施工不规范）,东方汽轮机厂生产的型号为NC300/160-12.7/535/535汽轮机组， 投产运行时间超过5万小时，高压内缸螺栓3条在运行期间发生断 裂。螺栓材质为20Cr1Mo1VNbTiB，规格为M12041030mm。,25,失效分析 高温螺栓,断裂螺栓螺纹损伤位置,螺栓断口,26,失效分析 高温螺栓,在断裂面上打磨后进行硬度检验。其中 “B”处靠近边缘硬度为

7、：255HB、252HB、249HB。 “C”处心部硬度为：233HB、228HB、230HB。 “D”处心部硬度为：233HB、233HB、231HB。 按DL/T 439-2006火力发电厂高温紧固件技术导则 20Cr1Mo1VNbTiB硬度范围为252302HB。,27,失效分析 高温螺栓,断裂起源区组织形貌100,断裂起源区组织形貌 500,28,失效分析 高温螺栓,原因分析： 经过金相组织、硬度、光谱分析，发现材料本身没发现有 大的问题，但断裂螺栓都存在有部分螺纹损伤，严重影响螺栓 的受力分布，导致螺栓在运行过程中沿螺纹损失位置断裂（应 为检修安装过程中损坏的螺纹，建议加强安装质量监

8、督）。,29,失效分析 高温螺栓,中压调门活塞套螺栓断裂事故（制作工艺不良）,螺栓分布状况,螺栓断口,30,失效分析 高温螺栓,完好的螺栓,断裂的螺栓,31,失效分析 高温螺栓,断裂面放大形貌,断裂面裂纹尖端形貌250,32,失效分析 高温螺栓,原因分析： 断裂螺栓材料出现粗晶组织，使得螺栓冲击韧性和持久 塑性降低，造成性能劣化，加之螺杆与内六方螺栓头的转角 处无倒角，致使在转角处产生明显应力集中。在使用时，因 预紧力过大或承受冲击等原因，在有应力集中存在的螺杆与 内六方螺栓头的转角处产生沿晶裂纹而出现迅速的脆性断裂。,33,失效分析 高温螺栓,GH4145/SQ合金螺栓断裂事故,GH4145

9、 合金主要是以“Ni3(Al、Ti、Nb)相进行时效强化 的镍基高温合金，在980以下具有良好的耐腐蚀和抗氧化性 能，800以下具有较高的强度，540以下具有较好的耐松弛 性能，同时还具有良好的成形性能和焊接性能。但使用中有较 强的环境敏感性。主要使用在上汽、哈汽产的300MW机组。,化学成分：,34,失效分析 高温螺栓,目前，因GH4145/SQ合金螺栓断裂引发的事故国内已发生几十起。 通过对已发生GH4145/SQ螺栓断裂的机组进行统计，断裂比例最 高的是高压内缸定位螺栓，次之是中压内缸定位螺栓；断裂数量 最多的是高压静叶持环双头螺栓，次之是高压内缸双头螺栓。,35,失效分析 高温螺栓,G

10、H4145/SQ螺栓常见断裂位置 1-螺纹与螺杆圆弧过渡处； 2-定位凸台； 3-定位凸台与螺杆的圆弧过渡处。,GH4145/SQ螺栓断口形貌,36,失效分析 高温螺栓,GH4145/SQ螺栓断口裂纹形貌（100）,37,失效分析 高温螺栓,机组类型：上汽、哈汽生产的300MW汽轮机组 常见位置：高压内缸螺栓、中压内缸螺栓、高压静叶持环螺栓、 高压平衡活塞螺栓 失效形式：脆性断裂 断裂原因：蠕变脆性、时效脆性、环境敏感脆性及预应力高等 综合作用引起的沿晶断裂,38,失效分析 高温螺栓,高温螺栓技术监督小结,从上述事故可以看出，由于检修拆卸不当、加工制造不合 格及材质原因都有可能引发螺栓开裂。在

11、选材、拆卸、定 期监督检验工作中应严格按照DL/T439-2006火力发电厂 高温紧固件技术导则要求执行。,39,失效分析 汽缸,汽 缸,汽缸作为汽轮机关键部件之一，一般采用铸钢材料。 结构特点：汽缸截面厚度变化大,进汽端形状复杂,特别 是法兰处厚度非常大 运行环境：汽缸内外壁、法兰内外壁温差悬殊, 热应力 大, 温度变化产生热交变应力作用；同时,汽 缸内还承受蒸汽压力、静止部分的重力用 常见问题：容易发生变形和开裂,40,失效分析 汽缸,600MW机组高中压内缸变形,汽缸变形,41,失效分析 汽缸,造成汽缸变形的主要原因如下：,1.运行中汽缸壁内外、法兰内外温差较大,造成法兰结合面 漏汽;汽

12、缸上、下温差过大导致动静部分相摩擦或振动。 2.汽缸去应力退火不当,或运行中满水、水击等,都会引起 变形。 3.汽缸在高温下工作,各部分温度不同,蠕变速度不一,从而 引起变形。 4.汽缸加工完后时效时间不够，残余应力较大，在运行过 程逐渐释放，导致缸体变形。,42,失效分析 汽缸,汽缸开裂,300MW机组高压内缸结合面裂纹,600MW机组高中压缸缸体裂纹,43,失效分析 汽缸,造成汽缸开裂的主要原因如下：,1.汽缸长期在高温下运行,出现蠕变,脆性增加。 2.冶金过程中铸件内部出现裂纹、白点、夹渣等,是 造成蠕变裂纹和热疲劳裂纹的根源。 3.热处理不当导致材料组织不均匀,而使持久强度和 持久塑性

13、下降。 4.长期高温运行使汽缸材料组织发生变化;运行中的 低频热应力和蠕变的联合作用更易出现裂纹。,44,失效分析 汽缸,汽缸技术监督小结,省内新投产的机组中有很多汽缸在第一次大修时均发现有 不同程度的变形，主要是由于前几年机组上马较快，汽缸铸 造成型后时效形变时间不够，导致缸体运行过程残余应力逐 渐释放引发缸体变形。 监督重点：缸体变形后蒸汽会对螺栓杆中部产生冲蚀，揭缸后 应重点检查缸体螺栓螺杆位置。对于出现裂纹的汽缸可采用彻 底挖除裂纹并进行补焊的方法加以消除。下次检修应加强对补 焊位置的无损检测。,45,失效分析 转子轴体,转子轴体,转子在运行过程中要承受扭距和自重引起的弯应力、 温度梯

14、度和温度变化的热应力、离心力、热套力、振动力 和发电机短路力距,其工作条件十分恶劣。 汽轮机转子轴体的金属事故主要是叶轮、主轴(转子) 的变形及开裂。转子断裂将造成严重事故,应引起十分重视 断裂的起因是出现裂纹。转子发现第一条宏观裂纹,在大型 汽轮机中往往作为汽轮机工作寿命结束的标志。,46,失效分析 转子轴体,叶轮严重磨损,47,失效分析 转子轴体,转子产生裂纹的主要原因如下：,1.在热交变应力(低频热应力)和蠕变联合作用下出现裂纹; 2.截面交界处过渡圆角偏小、存在刀痕等原因会导致机械应力或 热应力集中,在交变应力作用下产生裂纹; 3.材质不良,存在严重冶金缺陷而导致裂纹产生; 4.运行不

15、当而引起损坏。如启、停机,变负荷等情况下,温度变化 率及温度变化量过大,引起热应力过大等。,48,失效分析 叶片,汽轮机叶片,汽轮机转子叶片作为高速转动部件，是机组的关键部件之一。 汽轮机动叶片又称为工作叶片，主要起传递动力的作用。,49,失效分析 叶片,汽轮机叶片的损坏形式主要是 疲劳断裂。根据叶片的断裂或 损伤的部位可分为三种类型： 1. 叶冠或叶顶失效。 2. 叶身断裂失效； 3. 叶根断裂失效；,50,失效分析 叶片,叶身裂纹、断裂,51,失效分析 叶片,叶根裂纹、断裂,52,失效分析 叶片,击伤叶片,53,失效分析 叶片,拉金断裂,54,失效分析 叶片,通过上面的图片我们可以看出，一

16、旦发生叶片断裂，将导 致整级叶片全部受损，由此带来的设备更换费用及机组停运产 生的经济损失是难以估量的。 因此，作为技术监督人员，要了解叶片的运行特性，分析 导致叶片断裂的原因，重点开展有针对性的检验工作，及时发 现安全隐患，做到防患于未然，从而保障设备的长期安全稳定 运行。,55,失效分析 叶片,汽轮机末级叶片的损坏形式主要是疲劳断裂。 按照叶片断裂的性质可分为六种： 1、短期超载疲劳损坏 2、长期疲劳损坏 3、高温疲劳损坏 4、应力疲劳损坏 5、腐蚀疲劳损坏 6、接触疲劳损坏等。,56,失效分析 叶片,短期超载疲劳损坏,这种损坏是指叶片受到外加较大应力或受到较大激振力,而振 动次数低于107次就发生断裂的机械疲劳损坏。如叶片受到水击而 承受较大的应力,或因转子不平引起振动及安装不良存在周期力等 较大的低频激振力,当这些力引起叶片共振时,叶片会很快断裂。 叶片短期超