俄制汽輪機通流改造后首次大修典型缺陷分析與處理

趙東亮

(國能綏中發電有限責任公司,遼寧 葫蘆島 125222)

0 引言

國能綏中發電有限責任公司(以下簡稱綏中電廠)2號機組汽輪機為列寧格勒金屬工廠制造的超臨界參數、單軸5缸(1個高壓缸、1個中壓缸、3個低壓缸)N880-23.54/540/540型汽輪機,為具有一次中間再熱、8段非調節抽汽、沖動凝汽式、縱向布置雙背壓汽輪機。機組投產后,受設計水平、制造加工能力等因素影響,在長期運行中存在安全性、經濟性等多方面問題。因此,由哈爾濱汽輪機廠有限責任公司對該機組進行通流改造,改造后機組并網運行[1]。

1 機組改造設計特點

綏中電廠2號機組汽輪機通流改造以現代通流設計技術為基礎,采用全三元流設計體系,在保持高、中、低壓外缸不變,高、中壓內缸、隔板套原支撐方式不變的設計基礎上,轉子采用高、中、低壓轉子,汽輪機改造后原熱力系統、原潤滑油系統、原滑銷系統均不變,雙重兼顧優化設計和投資經濟[2]。機組通流改造后設計參數如表1所示。

表1 機組設計參數

2 改造后首次大修典型缺陷分析

為保障汽輪機安全穩定運行,在機組通流改造后,按照規定要求組織開展了首次大修工作,對機組存在的典型缺陷進行分析與處理,提高了汽輪機安全穩定性[3]。

2.1 高壓噴嘴室定位鍵焊縫存在裂紋

通過對汽輪機噴嘴室進行著色檢驗,發現高壓缸噴嘴室的定位鍵焊縫存在裂紋,如圖1所示。

2.1.1 原因分析

定位鍵焊縫存在裂紋主要原因是定位鍵在運行中受力,由此判斷,高壓噴嘴室定位鍵焊縫裂紋是由于焊接工藝不當所造成。

2.1.2 缺陷處理措施

為了更好地處理此處裂紋缺陷,制定了清除缺陷措施,對裂紋缺陷用旋轉銼打磨消缺,消缺時密切注意裂紋變化,若發現有延伸趨勢可在裂紋兩側端部位置停止打磨。確認裂紋去除干凈后,向外側再次打磨3～5 mm。焊接前將坡口表面及周圍30～50 mm范圍內的水、油、漆、垢等影響焊接的雜質清理干凈至露出本體金屬光澤,用酒精或丙酮清理焊接坡口及附近20 mm區域,不得有影響焊接的雜質存在。

2.2 高、中壓內缸及高、中壓隔板螺母加熱孔封堵脫落

在對內缸和隔板套進行檢修時,發現了部分螺母加熱孔封堵脫落情況,如圖2所示。

圖2 螺母加熱孔封堵脫落情況

2.2.1 原因分析

高、中壓內缸和高、中壓隔板套螺母加熱孔封堵脫落,一部分夾在相應靜葉間,另一部分缺失未找到。這是由于在封堵時,采用捻打的防松措施不合理,因此在高壓蒸汽旋流作用下出現了加熱孔封堵松動脫落情況。

2.2.2 缺陷處理措施

為了防止再次出現螺母加熱孔封堵脫落情況,對現場回裝隔板套罩螺母進行點焊防松處理,并重新進行細致錨固。

2.3 中壓第Ⅰ級正反向動、靜葉沖蝕

葉片是汽輪機運行的重要部件之一,葉片完好與否直接影響機組安全。大修期間,對機組葉片進行了檢查,中壓缸第Ⅰ級正反向靜葉片存在沖蝕減薄,且呈鋸齒狀,損傷較為嚴重,第Ⅰ級正反向動葉片靠外圓處存在沖蝕缺損現象,損傷輕微,如圖3所示。

圖3 中壓第Ⅰ級葉片沖蝕情況

2.3.1 原因分析

中壓第Ⅰ級靜葉片受到了較為明顯的固體顆粒侵蝕,其根部存在明顯的附著物。由于通流改造后使用了降低葉型效率損失的高效葉型,壓力級葉片的出汽邊較薄,在受到固體顆粒侵蝕后,靜葉片出現了較為嚴重的損傷情況。

2.3.2 缺陷處理措施

對中壓正、反向第Ⅰ級動、靜葉片損傷部位進行圓滑過渡處理,處理后著色探傷檢查無缺陷。在運行過程中,對蒸汽品質進行嚴格控制,避免固體顆粒侵蝕發生。同時可對中壓正、反向第Ⅰ級靜葉片進行噴涂硬質合金,進一步提高葉片抗沖蝕能力,保證機組安全穩定運行[4]。

2.4 高壓缸中間汽封體掛耳處沖蝕溝痕

汽封是影響汽輪機經濟性的重要因素之一,在對汽封檢查中發現,高壓缸中間汽封體外圓中分面豁口處電端存在汽流沖蝕情況,汽封體上半、下半及左右對稱位置均存在此問題,如圖4所示。

圖4 高壓缸中間汽封體掛耳處沖蝕情況

2.4.1 原因分析

經過檢修發現,該部位結構密封不嚴,存在運行中漏汽沖蝕問題。高壓缸中間汽封體凸肩外圓中分面豁口為頂開用豁口,即撬棍用豁口,原理與頂開螺釘相同。

2.4.2 缺陷處理措施

為避免再次產生氣流沖蝕情況,完善該部分設計,采取對豁口進行部分堆焊處理,并進行密封研磨處理。打磨將汽封體分半,打磨汽封體外圓中分面豁口處氣流沖蝕部位,清理待焊接位置及周圍30 mm范圍內氧化物、鐵銹、油污熔渣等雜質。采用手工電弧焊,焊材牌號為A507,焊條直徑為Φ3.2 mm/Φ4.0 mm,焊接電流為80～110 A(Φ3.2 mm)/110～160 A(Φ4.0 mm),具體焊接要求如下。

a. 焊前無需預熱,層間溫度≤50 ℃。

b. 按照圖紙要求進行焊接,滿足堆焊要求,如圖5所示。

c. 在保證焊接質量前提下,盡可能采用小電流分段、對稱焊接。

2.5 汽缸缸體及隔板焊縫存在裂紋

對汽輪機缸體和隔板檢查,在高、中、低壓缸體的不同位置和隔板圍帶上發現了裂紋,這些裂紋都是機組運行中的安全隱患,本次檢修全部進行了處理。其中,高壓缸外缸存在裂紋12條,中壓缸外缸存在裂紋10條,低壓外缸下半結合面存在裂紋33條,低壓內缸上半結合面存在裂紋7條,低壓缸隔板圍帶焊縫存在裂紋34條,高壓缸上缸導汽管法蘭焊縫存在裂紋1條。

2.5.1 原因分析

結合本機組運行情況,造成缸體裂紋的主要原因有原始鑄造質量不良,運行中缺陷暴露導致[5];部分部位應力較集中,低壓內缸上半裂紋分布在隔板安裝槽或鋼板拼裝焊接夾角處;高壓缸上缸導汽管法蘭焊縫和低壓缸隔板圍帶焊縫為焊接工藝不良導致。

2.5.2 缺陷處理措施

在對缸體和隔板焊縫裂紋處理時,所有裂紋必須打磨干凈再進行處理,氣孔、砂眼如檢查無裂紋可不進行處理。對所有裂紋打磨后補焊均應有焊接工藝或方案,并經討論審批后嚴格執行。同時,對所有補焊部位材質均需現場實測與設計圖紙核對無誤[6]。

在補焊過程中,必須同步進行錘擊以消除應力。對于低壓隔板焊縫裂紋缺陷,焊接收弧處短裂紋可打磨消除,不進行補焊處理;對10 mm以上裂紋打磨后再進行補焊,確保焊接質量[7];對低壓內缸裂紋處理后,將鋼板拼裝焊接夾角應力較集中部位進行圓滑過渡處理[8];對高壓導汽管裂紋打磨后,如裂紋長度超過焊縫1/3,需進行環切后重新焊接[9]。

3 結語

綏中電廠對2號汽輪機通流改造后首次進行通流部分大修,針對發現的典型設備缺陷進行分析和處理,提高了設備的安全性和經濟性,缺陷處理方案可為此類型機組相同或類似缺陷處理提供參考。