劉紅權(quán)，代 真，盧 偉，張 勇，錢 勇

(1.國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210031;2.國電宿州發(fā)電有限公司，安徽 宿州 234000)

1 概況

某發(fā)電公司1號機組脫硫增壓風(fēng)機葉片于2009年12月16日和2010年11月09日接連發(fā)生兩次斷裂。該風(fēng)機為成都某機械廠生產(chǎn)，設(shè)計流量2700000m3/h，全壓 3400Pa，入口壓力 10Pa，轉(zhuǎn)速600r/min，100%負(fù)荷聯(lián)軸器處功耗2870kW，葉片材質(zhì)為16MnD。2009年12月16日葉片斷裂時運行時間約1.7萬h，2010年11月09日葉片斷裂時運行時間約0.6萬h。

2 檢驗結(jié)果與分析

2.1 宏觀檢驗

對第一次斷裂葉片進(jìn)行宏觀檢查，可見斷口位于距葉根約200mm處，斷面基本與葉片軸線垂直，斷口表面大部分齊平。裂源位于葉片內(nèi)弧側(cè)進(jìn)汽邊緣12～16mm左右，裂源生成后向背弧偏出汽側(cè)方向擴展。斷口大部分表面平整，呈細(xì)瓷狀特征，斷口前緣可見疲勞擴展的貝紋線。裂紋最后斷裂區(qū)呈剪切唇，表面粗糙。

對第二次斷裂葉片進(jìn)行宏觀檢查，可見斷口位于距葉根約120mm處，斷面基本與葉片軸線垂直。裂源位于葉片內(nèi)弧側(cè)進(jìn)汽邊緣，裂源生成后向背弧偏出汽側(cè)方向擴展。斷口大部分表面平整，呈細(xì)瓷狀特征，斷口前緣可見疲勞擴展的沙灘紋。裂紋最后斷裂區(qū)呈剪切唇，表面粗糙。

2.2 化學(xué)成分分析

采用ARL 3460直讀光譜儀對斷裂葉片試樣及被斷片打壞的葉片試樣進(jìn)行了化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1。

表1 葉片的化學(xué)成分 %

參考《低溫壓力容器用低合金鋼鍛件》(JB 4727－2000)，根據(jù)表1結(jié)果，葉片的化學(xué)成分符合該標(biāo)準(zhǔn)對葉片用材料16MnD的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 力學(xué)性能檢驗

在斷裂葉片及被打壞的葉片上分別制取常溫拉伸試樣和沖擊試樣，使用CMT5205電子萬能試驗機進(jìn)行常溫拉伸試驗，使用JBG－300沖擊試驗機進(jìn)行沖擊試驗，試驗結(jié)果見表2。

由于未提供葉片材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此無法確定材料的力學(xué)性能是否符合要求。根據(jù)《低溫壓力容器用低合金鋼鍛件》(JB 4727－2000)，由表2可見，葉片的力學(xué)性能符合該標(biāo)準(zhǔn)對葉片用材料16MnD的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 金相檢驗

對斷裂葉片及被打壞葉片進(jìn)行了金相組織觀察，斷裂葉片和被打壞葉片金相組織均為鐵素體+珠光體，珠光體分布不均勻，有一定的偏析。

2.5 掃描電鏡檢驗

對第一次葉片斷口進(jìn)行掃描電鏡觀察，可見起裂區(qū)位于葉片內(nèi)弧進(jìn)汽側(cè)邊緣，表面平坦，表現(xiàn)為多源特征且多源同時擴展。此外，斷裂源區(qū)未見明顯組織缺陷。

對裂紋擴展區(qū)進(jìn)行觀察，可見裂紋擴展區(qū)前期表現(xiàn)為放射狀形貌，存在分支裂紋，進(jìn)一步觀察可見疲勞擴展條紋。裂紋擴展區(qū)后期宏觀可見明顯的貝紋線區(qū)域，為典型疲勞特征。

2.6 檢驗結(jié)果分析

根據(jù)《低溫壓力容器用低合金鋼鍛件》(JB 4727－2000)，該葉片的化學(xué)成分和力學(xué)性能符合葉片用材料16MnD的相關(guān)要求。根據(jù)斷口的宏觀形貌觀察結(jié)果，表明該斷口屬于疲勞斷口，根據(jù)斷裂源區(qū)的多源特征，推斷該疲勞屬于多源疲勞斷裂。分析認(rèn)為，增壓風(fēng)機葉片在工作過程中，由于各種因素的影響，尤其是共振，可能會造成過大的交變應(yīng)力，長期反復(fù)作用導(dǎo)致葉片萌生疲勞裂紋。在隨后運行過程中，裂紋在交變應(yīng)力下不斷擴展，當(dāng)葉片有效承載面積不能繼續(xù)承受外力時，葉片發(fā)生斷裂。

該葉片的兩次斷裂均屬于過大交變應(yīng)力作用下的疲勞斷裂。

3 防范措施

葉片的設(shè)計、制造、運行等環(huán)節(jié)中，都可能誘發(fā)較強振動尤其是共振，造成過大交變應(yīng)力，導(dǎo)致葉片最終疲勞斷裂。因此建議從設(shè)計、安裝、運行等方面進(jìn)行全面深入的分析并采取相應(yīng)防范措施。

3.1 設(shè)計制造方面

設(shè)計制造方面應(yīng)盡量提高葉片的制造質(zhì)量、強度和共振避開率。結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理，強度設(shè)計中應(yīng)充分考慮動荷載;葉片強度安全系數(shù)不夠，葉片材質(zhì)差;提高葉片鑄造質(zhì)量;提葉片高焊接、對焊接的外觀和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行100%檢驗，消除所有的超標(biāo)缺陷;選用合格的監(jiān)測、保護(hù)附件。

3.2 安裝方面

安裝方面要避免應(yīng)力過緊導(dǎo)致附加應(yīng)力和過松或錯位導(dǎo)致異常振動甚至共振;軸系平衡和聯(lián)接要符合標(biāo)準(zhǔn)要求，防止風(fēng)機振動大、軸承、聯(lián)軸器易損壞;執(zhí)行機構(gòu)安裝誤差要符合標(biāo)準(zhǔn)要求，就地指示值與控制室反饋值要一致。

3.3 運行方面

運行方面應(yīng)保障風(fēng)道、GGH通暢等，減少GGH積垢堵塞和除霧器積垢，控制煙氣系統(tǒng)阻力在規(guī)定范圍內(nèi)，防止風(fēng)機失速、喘振，以減少葉片疲勞損傷、延長疲勞壽命。必須確保動葉實際角度與就地指示值及與控制室反饋值相一致;確保風(fēng)機喘振保護(hù)正常投入;加強對電除塵器的管理，加強清灰，確保電除塵器運行正常，降低風(fēng)機入口含塵濃度和灰粒尺寸，減少煙塵對風(fēng)機葉片的磨損;運行人員應(yīng)定期對GGH進(jìn)行蒸汽吹掃，同時要保證GGH吹掃蒸汽的壓力及溫度不低于設(shè)計要求，從而保證吹掃效果，當(dāng)GGH阻力超過設(shè)計值150%時，應(yīng)對GGH進(jìn)行在線的低壓水及高壓水沖洗，防止造成GGH堵塞，造成煙氣阻力大、壓差變化大而導(dǎo)致葉片疲勞斷裂;運行人員應(yīng)保證除霧器沖洗水系統(tǒng)的正常投入，控制沖洗壓力、水量及沖洗周期，防止除霧器由于除霧效率差造成煙氣中攜帶的一些細(xì)小的石膏顆粒進(jìn)入GGH，長時間運行容易造成換熱元件堵塞而造成增壓風(fēng)機出口阻力大;運行人員應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視GGH壓差和除霧器前后壓差，發(fā)現(xiàn)壓差有問題及時聯(lián)系熱工對表計校對，保證運行中的正確判斷，同時嚴(yán)格執(zhí)行GGH和除霧器的吹掃及沖洗規(guī)定。

3.4 檢修方面

加強對GGH吹灰器的維護(hù)，保證吹灰器的正常投運;加強對除霧器沖洗系統(tǒng)的維護(hù)，保證沖洗系統(tǒng)的正常投運，機組停機檢修時，應(yīng)檢查沖洗噴嘴的磨損、脫落及堵塞情況，保證沖洗覆蓋率在100% ～300%之間，防止出現(xiàn)沖洗盲區(qū)，降低除霧器沖洗效果，造成除霧器堵塞;利用機組停機檢修機會，聯(lián)系專業(yè)沖洗公司對GGH及除霧器進(jìn)行徹底清洗。

［1］梁昌龍，趙晨明.濕法煙氣脫硫 GGH換熱元件結(jié)垢問題探討［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2009，25(4):38 －40.

［2］JB 4727－2000，低溫壓力容器用低合金剛鍛件［S］.

［3］劉向東.濕法脫硫增壓風(fēng)機的運行控制作分析［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2009，25(5):28－29.