摘 要:某發(fā)電公司兩臺1000MW機(jī)組,采用焊接隔板,B級檢修過程中發(fā)現(xiàn)高、中壓隔板表面存在明顯裂紋,嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。針對該問題,進(jìn)行原因分析并采取處理措施。通過相控陣檢測,發(fā)現(xiàn)隔板內(nèi)外環(huán)與靜葉之間的深焊縫存在未融合的現(xiàn)象,對全部隔板返廠檢修,對隔板存在的裂紋挖除并重新焊接、熱處理、機(jī)加工。但該缺陷較為嚴(yán)重,無法滿足機(jī)組長周期安全運(yùn)行,需擇機(jī)對高中壓隔板進(jìn)行換型。
關(guān)鍵詞:汽輪機(jī);隔板裂紋
0 引言
汽輪機(jī)隔板是汽輪機(jī)本體的重要組成部分,用來固定靜葉片和阻止級間漏汽,隔板將汽輪機(jī)內(nèi)部分隔成若干個(gè)壓力段,使蒸汽通過靜葉柵將勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?,并使汽流按照?guī)定方向流入動葉[1]。隔板在工作時(shí)承受由壓差產(chǎn)生的載荷,高壓區(qū)的隔板承受著高溫、高壓蒸汽的作用,低壓區(qū)的隔板承受著濕蒸汽的作用。
汽輪機(jī)隔板要求有足夠的強(qiáng)度和剛度[2]。隔板在運(yùn)行時(shí)承受著一個(gè)級的壓差,尤其在高壓部分此壓差很大,為保證安全性,隔板必須有足夠的強(qiáng)度。同時(shí),隔板與動葉之間的間隙一般不大,為了防止隔板受力之后產(chǎn)生過大的撓度而造成汽輪機(jī)內(nèi)部動、靜部分碰磨,隔板必須有足夠的剛度。
隔板分為沖動級隔板和反動級隔板。其中沖動級隔板分為焊接隔板和鑄造隔板,汽缸內(nèi)壁上有固定靜葉的隔板或?qū)Ω舭暹M(jìn)行支撐和定位的隔板套。反動級隔板通常稱為靜葉環(huán),汽缸內(nèi)壁可以安裝靜葉環(huán)或用于支撐靜葉環(huán)的靜葉持環(huán)。
1 機(jī)組隔板缺陷
某發(fā)電有限公司2×1000MW機(jī)組,汽輪機(jī)型號CCLN1000-25/600/600,一次中間再熱、四缸、四排汽(雙流低壓缸)單軸、沖動凝汽式汽輪機(jī)。兩臺機(jī)組分別于2010年10月和2010年12月相繼投入運(yùn)行。
2015年3月,國內(nèi)某電廠發(fā)生中壓第二級靜葉脫落導(dǎo)致汽輪機(jī)動葉損壞事故,鑒于此,汽輪機(jī)制造廠進(jìn)行了事故通報(bào),并要求公司立即進(jìn)行停機(jī)檢查。2015年4月,公司停運(yùn)#1機(jī)組對高、中壓全部隔板返廠檢修,并在汽輪機(jī)廠對高、中壓隔板變形量測量,對變形量較大的高壓2、3、4級和中壓正反向2、3、4級共9級隔板進(jìn)行加強(qiáng)筋加固處理,對全部返廠隔板靜葉根部進(jìn)行加固處理。檢查未發(fā)現(xiàn)隔板有明顯宏觀裂紋。
2015年9月,公司停運(yùn)#2機(jī)組對高、中壓隔板進(jìn)行了變形量測量,高壓3、4、5級和中壓正反向2、3級共7級隔板變形量大,隨即對變形量大的7級隔板返廠進(jìn)行加強(qiáng)筋和隔板靜葉根部加固處理。檢查中未發(fā)現(xiàn)隔板有明顯宏觀裂紋。
返廠隔板處理情況如圖1、2所示。
2018年2月,公司#1機(jī)組B修期間,對高、中壓隔板磁粉探傷發(fā)現(xiàn)存在表面裂紋,數(shù)量較少且長度較短。相控陣檢查發(fā)現(xiàn)高、中壓隔板焊接均存在內(nèi)部未熔合缺陷。
2018年4月,公司#2機(jī)組停機(jī)進(jìn)行B級檢修工作,評估汽輪機(jī)本體高、中壓隔板安全性是此次檢修工作的重要任務(wù)。4月22日,汽輪機(jī)本體解體完畢,宏觀目測高、中壓隔板表面均存在明顯裂紋,且部分隔板裂紋縫隙較大。對高、中壓隔板進(jìn)行磁粉探傷檢查,發(fā)現(xiàn)高、中壓隔板裂紋缺陷較多,缺陷主要集中在隔板出汽側(cè)內(nèi)外圍帶焊縫處。以高壓第3級為例,如圖3所示。進(jìn)行全面測量測量分析,裂紋缺陷較嚴(yán)重隔板:高壓第三級有缺陷12處,缺陷最長裂紋約800mm;高壓第四級有缺陷32處,最長缺陷裂紋約400mm;高壓第五級有缺陷17處,最長缺陷約1200mm;高壓第七級有缺陷16處,最長缺陷約600mm;高壓第九級有缺陷5處,最長缺陷約1000mm;中壓正三級有缺陷43處,最長缺陷約190mm;中壓反二級有缺陷33處,最長缺陷約1900mm;如圖4所示
2 裂紋產(chǎn)生的原因分析
針對機(jī)組隔板裂紋情況,對高、中壓隔板進(jìn)行了相控陣檢測,結(jié)果顯示隔板內(nèi)外環(huán)與靜葉之間的深焊縫存在大量焊接未融合的現(xiàn)象。對焊縫處的裂紋進(jìn)行打磨后發(fā)現(xiàn),裂紋擴(kuò)展方向?yàn)橛蓛?nèi)而外,可判斷此類裂紋的產(chǎn)生為未焊透結(jié)構(gòu)。由此可推斷,焊縫內(nèi)部存在一定的原始缺陷。
汽輪機(jī)隔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在靜葉片加工生產(chǎn)及靜葉與隔板進(jìn)行焊接時(shí),由于靜葉片加工精度及工藝裝配精度的原因,很容易造成局部剛性大,導(dǎo)致應(yīng)力分布不均勻,從而在焊縫中形成應(yīng)力集中,在長期運(yùn)行過程中應(yīng)力逐漸釋放,導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生[3]。
3 處理措施
針對上述缺陷,采取相應(yīng)的措施。
#1機(jī)組表面的裂紋數(shù)量較少且長度較短,根據(jù)制造廠提供的方案,對裂紋進(jìn)行深度為10mm內(nèi)的挖補(bǔ)焊接。利用金屬內(nèi)磨機(jī)對焊縫裂紋部位進(jìn)行打磨,并隨時(shí)進(jìn)行滲透檢驗(yàn),確保裂紋完全消除。然后對打磨區(qū)域進(jìn)行修整、補(bǔ)焊。但是隔板內(nèi)部未熔合的問題依然沒有解決,安全隱患仍然存在。同時(shí),檢查發(fā)現(xiàn)#1機(jī)組高壓噴嘴沖刷嚴(yán)重,汽輪機(jī)效率下降,熱耗增加較多,挖補(bǔ)焊接位置如圖5。對高壓噴嘴沖刷破損處進(jìn)行了補(bǔ)焊處理,但沖刷現(xiàn)象依然存在,分析往年數(shù)據(jù)顯示有逐年增大趨勢,如圖6所示。
#2機(jī)組當(dāng)前隔板缺陷較嚴(yán)重,通過對隔板測量數(shù)據(jù)的對比分析,現(xiàn)場對隔板裂紋進(jìn)行挖補(bǔ)冷焊處理無法保證隔板安全性,需返廠對隔板存在裂紋全部挖除并重新焊接、熱處理、機(jī)加工。
4 小結(jié)
焊接隔板的焊接質(zhì)量直接影響隔板強(qiáng)度和剛度,對汽輪機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。此次隔板裂紋的產(chǎn)生主要在于焊縫的原始缺陷和結(jié)構(gòu)應(yīng)力,針對目前機(jī)組隔板存在的缺陷,公司組織召開了幾次專題會議,旨在制定處理方案,但根據(jù)實(shí)際情況,當(dāng)前隔板裂紋缺陷比較嚴(yán)重,無法滿足機(jī)組長周期安全運(yùn)行,需對隔板進(jìn)行更換或者進(jìn)行高中壓通流改造。
參考文獻(xiàn)
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[3]趙紀(jì)峰,李中偉,張東文,張廣興。大型汽輪機(jī)隔板靜葉焊縫裂紋的原因分析及處理措施[J]?!逗颖彪娏夹g(shù)》。2009.10
作者簡介:
張超:男 助理工程師 國家電投集團(tuán)平頂山發(fā)電分公司設(shè)備維護(hù)部汽機(jī)班長 主要從事汽輪機(jī)及輔機(jī)檢修工作。