汽輪機(jī)噴嘴常見損壞形式及處理辦法

引言

噴嘴組是汽輪機(jī)中的重要部件,其與調(diào)節(jié)閥門相連,對通流部門的進(jìn)汽流起到調(diào)節(jié)作用,又被稱作調(diào)節(jié)級噴嘴組。由于我國300MW汽輪機(jī)的引進(jìn)時(shí)間為20世紀(jì)80年代,600MW汽輪機(jī)的引進(jìn)時(shí)間為20世紀(jì)90年代,受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)、制造和安裝等局限的影響,我國在運(yùn)300MW、600MW汽輪機(jī)普遍存在實(shí)測值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值的問題。額定工況下,汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級噴嘴組的功率約占高壓缸功率的20%,約占整機(jī)功率的6.2%,因此如果噴嘴組效率低,整機(jī)效率就勢必嚴(yán)重低于理論值。為此,許多電廠開始更換汽輪機(jī)噴嘴組,僅龍威公司改造的機(jī)組就有l(wèi)ww多臺,本文主要對改造過程中遇到的噴嘴組損壞形式及處理辦法進(jìn)行探討,以供相關(guān)單位參考。

1問題分析

汽輪機(jī)機(jī)組在長時(shí)間運(yùn)行過程中,噴嘴組很容易因?yàn)楦鞣N原因而損壞,導(dǎo)致噴嘴組葉片損傷。

1.1機(jī)械損壞

機(jī)械損壞包括異物進(jìn)入通流部分,通流部分的零件損壞等,都會造成葉片損傷,如圖l、圖2所示。

圖1噴嘴表面損壞

圖2噴嘴有異物進(jìn)入

1.2腐蝕和銹蝕損壞

腐蝕和銹蝕損壞主要是指由于水質(zhì)不良,化學(xué)處理不充分,噴嘴組葉片表面造成的侵蝕及停機(jī)不當(dāng)造成的銹蝕,葉片表面的粗糙度提高后,抗振能力就會降低,還可能造成應(yīng)力集中,從而使葉片損壞速度加快。

1.3水擊損壞

水擊損壞包括蒸汽帶水、加熱器滿水、汽缸積水和蒸汽濕度過大造成的水沖擊和水刷損壞。

1.4噴嘴組設(shè)計(jì)缺陷

噴嘴組設(shè)計(jì)缺陷主要是指噴嘴組設(shè)計(jì)使用的應(yīng)力過高或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不良,從而加速了葉片損壞:設(shè)計(jì)使用不當(dāng)?shù)牟馁|(zhì),如材質(zhì)的抗疲勞、抗振性能以及高溫強(qiáng)度不符合材料技術(shù)規(guī)范要求等。

1.5運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)

運(yùn)維不當(dāng)是指汽輪機(jī)或部分分級段超負(fù)荷運(yùn)行、蒸汽參數(shù)設(shè)置過高或者設(shè)置過低以及蒸汽品質(zhì)不良,引起應(yīng)力腐蝕等,造成葉片損壞。

2噴嘴組葉片損壞的危害

(1）機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性下降。因?yàn)閲娮旖M葉片損壞,導(dǎo)致通流面積變化,同時(shí)氣流方向發(fā)生變化,效率降低。由于噴嘴組銹蝕、結(jié)垢,導(dǎo)致蒸汽摩擦力增大,調(diào)節(jié)級效率降低。

(2）安全隱患。因?yàn)闅饬餮刂芟蜻\(yùn)動不平衡,容易造成蒸汽不穩(wěn)定切向力分力增大,使軸承的穩(wěn)定性降低,嚴(yán)重時(shí)會引起氣流激振。這種氣流激振嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致機(jī)組的振動增大和葉片損壞。葉片損壞后,其葉片碎片會進(jìn)入后續(xù)通流部分,可能擊傷后面的動葉片及靜葉片,引起連鎖反應(yīng)。

3解決方案

近年來,隨著對噴嘴組現(xiàn)狀的不斷分析研究,針對不同狀況,需要采取不同的處理辦法。

3.1取出異物

對于進(jìn)入蒸汽室的異物,要及時(shí)想辦法取出。一般是從出汽側(cè),利用長簪子和錘子將卡在噴嘴組的異物取出。一般以頂絲居多,其余有如圖2所示的蜂窩狀固態(tài)物、螺釘?shù)?。在龍威的改造過程中,甚至遇到過將檢修工具帶入噴嘴組的極端情況。3.2拋修噴嘴組

對于銹蝕的噴嘴組,可以進(jìn)行噴砂處理。經(jīng)過噴砂處理后,能去除大部分靠近出汽側(cè)的銹蝕及結(jié)垢。對于難以去除的部分,可以讓鉗工進(jìn)行拋修,能去除靠近出汽側(cè)絕大部分銹蝕及結(jié)垢。除銹后,對噴嘴組出氣邊進(jìn)行著色探傷,檢查有無裂紋。發(fā)現(xiàn)裂紋要及時(shí)處理,避免出現(xiàn)問題。

3.3噴嘴組本身的缺陷

對于噴嘴組本身的缺陷,應(yīng)更換新的噴嘴,此方法最為徹底有效。該辦法不僅能消除隱患,還能在機(jī)組原先的基礎(chǔ)上,優(yōu)化噴嘴組結(jié)構(gòu),提高機(jī)組效率。

(1）早期機(jī)組噴嘴組采用1Cr12Mo和類似1Cr13的材料,其使用溫度為450℃左右,但噴嘴組實(shí)際工作溫度在530℃以上。在長時(shí)間的高溫高壓環(huán)境下運(yùn)行,噴嘴組材料會產(chǎn)生蠕變,導(dǎo)致噴嘴組葉片的出汽邊損壞。現(xiàn)在新設(shè)計(jì)的200Mw、300Mw噴嘴組材料為1Cr12w1MoV。此材料可在600～650℃下長期使用。600Mw噴嘴組材料變?yōu)?Cr12NiMo1w1V,用于汽輪機(jī)動葉片、圍帶、螺栓等零件制作時(shí),其工作溫度在570℃以下。當(dāng)應(yīng)用于低應(yīng)力抗氧化零件時(shí),其工作溫度為750℃。

(2）在新噴嘴采用更高等級材質(zhì)的同時(shí)采用新技術(shù),優(yōu)化子午面收縮型線及通道收縮比,減少葉柵的二次流損失:適當(dāng)縮小噴嘴組的出口面積,減少閥門損傷,提高調(diào)節(jié)級效率。

(3）增加汽封齒數(shù)、減小汽封徑向間隙,降低采用新結(jié)構(gòu),增加汽封齒數(shù)量,減少漏氣量。當(dāng)泄漏蒸汽量減少后,泄漏蒸汽對主流的干擾也大為減弱。

(4）改進(jìn)噴嘴組的安裝工藝。對舊的汽缸本體進(jìn)行加工,車加工噴嘴組與高壓缸連接面及定位圓,然后根據(jù)車加工數(shù)據(jù)噴車噴嘴組。安裝時(shí),根據(jù)車后的高壓缸定位圓及定位面定位,安裝后在車床上找正汽缸圓度≤0.05mm,然后根據(jù)實(shí)測轉(zhuǎn)子葉輪直徑配車噴嘴組汽封齒,使安裝后汽封齒與葉輪間隙在0.5～0.6mm。此種方法還能保證噴嘴組與轉(zhuǎn)子在安裝后具有良好的同心度。

3.4加強(qiáng)運(yùn)行管理

水擊事故是汽輪機(jī)運(yùn)行中最危險(xiǎn)的事故之一,運(yùn)行人員必須對其進(jìn)行迅速、準(zhǔn)確判斷。水擊事故主要判斷依據(jù)是主溫度是否急劇下降,同時(shí)檢查汽缸上缸的溫度變化作為輔助判定依據(jù)。為了預(yù)防水擊事故,要做好以下四個(gè)方面工作:(1）首先嚴(yán)格監(jiān)視主蒸汽溫度、壓力,同時(shí)保持與鍋爐運(yùn)維人員的聯(lián)系:(2）其次鍋爐主汽溫度在500℃以上才能并入系統(tǒng),并列時(shí)應(yīng)按要求緩慢進(jìn)行,不能使運(yùn)行機(jī)組氣溫下降超過5～10℃,否則要等氣溫回升再繼續(xù)并汽:(3）并汽時(shí)應(yīng)正常暖管,并且充分疏水:(4）如果加熱器鋼管破裂,應(yīng)迅速手動"高加解列",關(guān)閉主汽門,給水走旁路,停運(yùn)故障加熱器。

針對運(yùn)行管理問題,要嚴(yán)格執(zhí)行汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程,嚴(yán)禁違反規(guī)程操作:加強(qiáng)日?？己吮O(jiān)管,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

4結(jié)語

近年來,根據(jù)國家節(jié)能減排總體要求,一些機(jī)組陸續(xù)進(jìn)入大修周期,在大修過程中,會遇到各式各樣的問題。本文針對汽輪機(jī)噴嘴組改造過程中遇到的問題,進(jìn)行了簡要匯總分析,希望能給遇到同類問題的人員提供參考。