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汽轮机典型事故及预防（2）

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-23 16:07:31

五、通流部分动静磨损中间再热式汽轮机，参数高、容量大、汽缸数目多，又有内外缸之分，因此汽缸和转子的膨胀关系比较复杂。汽轮机通流部分的磨损，一般发生在机组启、停和工况变化时，产生磨损的主要原因是：汽缸与转子不均匀加热和冷却；启动与运行方式不合理；保温质量不良及法兰螺栓加热装置使用不当等。动静部分在轴向和径向磨损的原因，往往很难绝对分开，但仍然有所区别。在轴向方面，沿通流方向各级的汽缸与转子的温差并非一致，因而热膨胀也不同。在启动、停机和变工况运行时，转子与汽缸膨胀差超过极限数值，使轴向间隙消失，便造成动静部分磨损，在消失的时候，便产生汽封与转子摩擦，同时又不可避免地使转子弯曲，从而产生恶性循环。另外，机组振动大和汽封套变形都会引起径向摩擦。通流部分磨损事故的征象和处理如下：转子与汽缸的相对胀差表指示超过极值或上下缸温差超过允许值，机组发生异常振动，这时即可确认为动静部分发生碰磨，应立即破坏真空紧急停机。停机后，如果胀差及汽缸各部温差达到正常值，方可重新启动。启动时要注意监视胀差和温度的变化，注意听音和监视机组的振动。如果停机过程转子惰走时间明显缩短，甚至盘车启动不起来，或得盘车装置运行时有明显的金属摩擦声，说明动静部分磨损严重，要揭缸检修。为了防止通流部人磨损，应采取如下措施： 1)认真分析转子和汽缸的膨胀关系。 2)在启动、停机和变工况下，加强对胀差的监视。 3)在正常运行中，由于某种原因造成锅炉熄火，应根据蒸汽参数下降情况和胀差的变化，将机组负荷减到零。 4)合理调整通流部分间隙。 5)防止上下缸温差过大和转子热弯曲，以防振动过大等。 6)正确使用汽封供汽、防止汽封套变形。 7)调整节级导流环必须牢固可靠，保证挂耳的焊接质量。六、汽轮机叶片损坏汽轮机发生的事故中，由于叶片的损坏而导致的事故占主要部分。所谓叶片事故，通常指叶片的断裂，拉金和围带断裂，铆头断裂以及叶轮损坏等。叶片在运行中的损坏是各式各样的，引起叶片损坏的原因也是多方面的，本节介绍常见叶片事故发生时的征象、原因及预防措施。 (一)叶片断落的征象汽轮机在运行中发生叶片断落一般有下列现象： 1)汽轮机内部或凝汽器内有突然的响声，此时在汽轮机平台底层常可清楚地听到。 2)机组发生强烈振动或振动明显增大，这是由于叶片断落而引起转子平衡破坏或转与落叶片发生碰撞摩擦所致。但有时叶片的断落发生在转子的中间级，发生动静部分摩擦时，机组就不一定会发生强烈振动或振动明显增大，这在容量较大机组的高、中压转子上有时会遇到。 3)当叶片损坏较多而且较严重时，由于通流部分尺寸改变，蒸汽流量、调速汽阀开度监视级压力等与功率的关系部将发生变化。 4)若叶片落入凝汽器，则会交凝汽器的铜管打坏，使循环水漏入凝结水中，从而表现为凝结水硬度和导电度突增。 5)若机组抽汽部位叶片断落，则叶片可能进入抽汽管道，使抽汽止回阀卡涩，或进加入热器使管子损坏，导致水位升高。 6)停机过程中，听到机内有金属摩擦声，惰走时间减少。 7)在停机蔌升速过程中越过临界转速时，机组振动有明显的增大或变化。 (二)叶片损坏的原因叶片损坏的原因很多，但不外乎下列三个方面： 1．叶片本身的原因 1)振动特性不合格。由于叶片频率不合格，运行时产生共振而损坏者，在汽轮机叶片事故中为数不少。如果扰动力很大，甚至运行几个小时后即能发生事故。这个时间的长短，还和振动特性、材料性能以及叶片结构、制造加工质量等有关。 2)设计不当。叶片设计应力过高或栅结构不合理，以及振动强调特性不合格等，均会导致叶片损坏。个别机组叶片甚薄，若铆钉应力较大，则铆装围带时容易产生裂纹。叶片铆头和围带汤裂事故发生的情况也不在少数。 3)材质不良或错用材料。材料机械性能差，金属组织有缺陷或有夹渣、裂纹等，叶片经过长期运行后材料疲劳性能及衰减性能变差，或因腐蚀冲刷机械性能降低，这些都导致叶片损坏。 4)加工工艺不良。加工工艺不严格，例如表面粗糙度不好，留有加工刀痕，扭转叶片的接刀处不当，围带铆钉孔或拉金孔处无倒角或倒角不够或尺寸不准确等，能引起应力集中，从而导致叶片损坏。有时低压级叶片为了防止水蚀而采用防护措施，当此措施的工艺不良时能使叶片损坏。国内由于焊接拉金或围带安装工艺不良引起的叶片事故较多，应引起重视。 2．运行方面的原因 1)偏离额定频率运行。汽轮机叶片的振动特性都是按运行频率为50HZ设计的，因此电网频率降低时，可能使机组叶片的共振安全率变化而落入共振动状态下运行，使叶片加速坏和断裂。 2)过负荷运行。一般机组过负荷运行时各级叶片应力增大，特别是最后几级叶片，叶片应力随蒸汽流量的增大而成正比增大外，还随该几级焓隆的增加而增大。因此机组过荷运行时，应进行详细的热力和强度核算。 3)汽温过低。新蒸汽温度降低时，带来两种危害：一是最后几级叶片处湿度过大，叶片受冲蚀，截而减小，应力集中，从而引起叶片的损坏；二是当汽温降低而出力不降低时，流量热必增加，从而引起叶片的过负荷，这同何况能引起叶片损坏。 4)蒸汽品质不良。蒸汽品质不良会使叶片结垢，造成叶片损坏。叶片结垢使通道减小，造成级焓降增加，叶片应力增大。另外结垢也容易引起叶片腐蚀，使强度降低。 5)真空过高或过低。真空过高时，可能使末级叶片过负荷和湿度增大，加速叶片的水蚀，容易引起叶片的损坏。另外，真空过低仍维持最大出力不变时，也可能使最后几级过负荷而引起叶片损坏。 6)水冲击。运行时汽轮机进水的可能性很多，特别是近代大容量再热机组，由于汽水系统相应复杂，汽轮机进水的可能性更有所增加，蒸汽与水一起进入汽轮机，产生水击和汽缸等部件不规则冷却和变形，造成动静部件碰磨，使叶片受到严重损坏。 7)机组振动过大。 8)起动、停机与增减负荷时操作不当，如改变速度太快，胀差过大等，使动静部分发生摩擦，导致叶片损坏。 9)停机后主汽阀关闭不严而未开启疏水阀，有可能使蒸汽漏入机内，引起叶片腐蚀等。 3．检修方面的原因属于检修不当的主要原因有：动静间隙不合标准，隔板安装不当，起吊搬运过程中碰伤损坏叶片，或机内和管道内留有杂物等。新安装机组管道冲洗不干净，通流部分零件安装不牢固，运行时有型砂异物或零件松脱等，有可能打坏叶片。检修中对叶片拉金、围带等的修理要特别注意，过去曾因拉金和叶片银焊时发生过热而叶片断裂的事故为数不少，而且对这种事故的原因一般较难分析。此外，调节系统不能维持空负荷运行，危急保安器失灵，以及抽汽系统止回阀失灵，汽轮机甩负荷时发生超速，或超速试验时发生异常情况等，均能使机组严重超速而引起叶片损坏。 (三)叶片事故原因的分析引起叶片事故的原因，常常是很复杂的，而且是多方面的，但是其中必有一种因素起主要作用。分析叶片事故时应当抓住主要因素，并从以下几个方面进行考虑： 1)检查叶片损坏情况。事故发生后，应首先检查事故的范围和情况，并作好记录，然后检查断落位置及断面特征，初步分析事故的原因。 2)分析运行及检修资料。检查叶片事故发生前的运行工况有无异常，如运行参数是否正常，有无超载超速及低频率运行，有无叶片结垢、腐蚀、水刷等情况。查看检修资料，检查动静间隙是否符合标准，有无重大改进和改造等，对运行和检修资料进行全面细致的分析。 3)测定叶片的振动特性。根据历次振动特性试验记录进行分析，必要时进行振动特性试验，对照运行频率进行分析。叶片的振动特性数据主要为A0、B0、A1型振动频率、轮系振动频率以及Zn附近±20％的高频数据，并将历次数据进行分析比较。 4)分析损坏叶片的断面性质。对叶片损坏的断面进行仔细的分析，往往能帮助我们找出叶片损坏的原因，因此这项工作很重要。 5)金属材料检验分析。对叶片材料进行金相检查和材质分析，如有可能，应进行疲劳性能和衰减性能试验。 6)强度核算。复核叶片几何尺寸，进行热力和强度核算，检查应力是否过大，设计制造上是否有问题。 7)与同类机组进行比较。 (四)防止叶片断裂事故的措施汽轮机运行事故中，因叶片损坏而造成事故的比重很大。随着单机容量的增大，运行系统的操作更加复杂，因此叶片损坏事故并未减少。特别是大容量机组，发生水击而损坏叶片的事故更是常见。防止叶片损坏事故极为重要，除制造厂在设计和制造方面应更合理，更完善以外，运行部门还应从运行和检修等方面着手，共同采取措施，防止叶片断裂和损坏事故的发生。 (1)在运行管理，特别是电网频率的管理方面，应采取以下措施： 1)电网应保持在定额频率和正常允许变动范围内稳定运行。根据叶片损坏事故的分析统计，电网频率偏离正常值是造成叶片断裂的主要原因，因此对频率的管理极为重要。 2)避免机组过负荷运行，特别是防止既是低频率运行又是过负荷运行。对于机组的提高出力运行，必须事先对机组进行热力计算和对主要部件进行强度核算，并确认强度允许后才可，否则是不允许的。 3)加强运行中的监视。机组起停和正常运行时，必须加强对各运行参数(例如汽压、汽温、出力、真空等)的监视，运行中不允许这些参数剧烈波动。严格执行规章制度，起停必须合理，防止动静部件在运行中发生摩擦。近年来，大容量机组不断增加，由于运行和起停操作复杂，这些机组发生水击而损坏叶片的情况为数不少。另外，由于大机组末几级使用长叶片，水蚀也是一个威胁。 4)加强汽水品质监督，防上叶片结垢、腐蚀。 5)经常倾听机内声音，检查振动情况的变化，分析各级汽压数值和凝结水水质情况若出现断叶征象，如通流部分发生可疑响声，机组出现异常振动，在负荷不变或相对减小情况下中间级汽压升高或凝结水硬度升高，导电度突然增大等，应及时处理，避免事故扩大。 6)停机后加强对主汽阀严密性的检查，防止汽水漏入汽缸。停机时间较长的机组，包括为消除缺陷安排的工期较长的停机，应认真做好保养工作，防止通流部分锈蚀损坏。 (2)在检修管理方面应采取如下措施： 1)每台汽轮机的主要级叶片，应建立完整的技术档案。 2)新装机组，投运前必须对叶片的振动特性进行全面测定。对不调频叶片，要检验频率分散率；对调频叶片，除分散率外，尚需鉴定其共振安全率。对调频叶片，若发现叶片落人共振状态，应尽快采取措施，按实际情况进行必要的调整。 3)检修中认真仔细地对各级叶片及其拉金、围带等进行检查。发现有缺陷或怀疑缺陷有时，应进行处理并设法加以消除。对具有阻尼拉金的叶片，要特别细心检查，必须保持阻尼拉金的完好。在检查过程中，如果怀疑叶片或叶根有裂纹，则要进行必要的探伤。目前，采用超声波探伤，不仅能检查叶片和叶轮等部件的表面有无裂纹存在，而且能对叶根在轮槽内部的部位进行探伤，检查叶根有无裂纹。 4)严格保证叶片检修工艺质量。检修中除换新叶片的工艺质量必须良好以外，其他一般拉金银焊工艺、型线变化处的圆角或倒角等均应保证工艺质量良好。调换或重装叶片，应严格执行检修工艺质量标准。注意叶片铆钉头处及拉金孔处的倒角及加工粗糙度。叶根应修刮，使接触紧密，封口片应有足够的紧力。新装叶片的单片和成组频率，分散率应合格(即<8％)，围带铆接应保证质量良好。 5)喷嘴叶片如发现有弯曲变形，应设法校正，通流部分应清理干净，防止遗留杂物，紧固件应加松保险，以防振动脱落。 6)起吊搬运时防止将叶片碰损。喷砂清洗时砂粒要细。叶片和叶轮上不准用尖硬工具修刮，更严格禁止电焊。叶片酸洗时不应将叶片冲刷过度，清洗后应将酸液清洗干净，防止腐蚀。避免用单个叶片或叶片组来盘动转子，以免将叶片弄弯。 7)当发现叶片有时明显的热处理工艺不当而遗留下过大的残余应力时，应进行高温回火处理。 8)发现叶片断落、裂纹和各种损伤变形，要认真分析研究，找出原因，采取措施。对损坏的叶片，行用肉眼检查有无加工不良、冲刷、腐蚀、机械损伤、扭曲变形、松动位移等异常迹象。对断落、裂纹叶片要保留实物，保护断面。仔细检查分析断口位置、形状、断面特征、受力状态等，并对照原始频率数据，作必要的测试鉴定。在叶片换装、拆卸过程中，要对叶片的制造、安装质量作出鉴定。为进一步分析损伤原因，应对断面和裂纹作出金相、硬度检验，必要时进行材料分析和机械性能试验，以确定裂纹和材质状况。对同级无外观损伤的叶片进行探伤检验，并根据损伤叶片的原因分析总结，采取相应的处理措施，防止重复发生。对受机械损作或摩擦损伤的叶片、除认真排除原因外，对可能造成应力集中的裂纹和缺口应进行整修，以防止缺陷扩大。对弯扭变形叶片的加热整形要慎重，须按材质严格控制加热温度，防止超温淬硬，必要时进行回火处理，消除残余应力和淬硬组织。对异常水刷或腐蚀造成的叶片损伤应查明原因，采取措施，消除不利因素。叶片的焊补和焊热闹必须持慎重态度，应按不同材质制定专门焊接工艺方案，通过小型试验成功后再采用。采取以上措施将能帮助我们把叶片的断事故控制在最小程度，从而提高汽轮机运行的安全性和经济性。

七、汽轮机转子弯曲大轴弯曲通常分为热弹性弯曲和永久性弯曲。热弹性弯曲即热弯曲，是指转子内部温度不均匀，转子受后膨胀而造成转子的弯曲。这时转子所受应力未超过材料在该温度下的屈服极限，所以，通过延长盘车时间，当转子内部温度均匀后，这种弯曲会自行消失。永久弯曲则不同，转子局部地区受到急剧加热(或冷却)，该区域与临近部位产生很大的温度差而受热部位热膨胀受到约束，产生很大的热应力，其应力值超过转子材料在该温度下的屈服极限，在剧烈摩擦时，些温度高达650～1300℃，使转子局部产生压缩塑性变形。当转子温度均匀后，该部位将有残余拉应力，塑性变形并不消失，造成转子的永久弯曲。大轴永久弯曲后往往可以发现肇事过程中转子热弯曲的高位恰好是永久弯曲后的低位，其间有180°的位差，这也说明了因热弯曲摩擦而发热的部位，恰好是受周围温度低的金属挤压产生塑性形的部位。由此可见，大轴的永久弯曲是由过大的热应力引起的，往往是由暂时弯曲和摩擦振动引起的。造成大轴弯曲的因素主要有两大类，一是转子动静部分严重摩擦。大轴旋转时动挠度子的偏心值成正比，原始的热挠曲越大，动挠度越大。当转速小于临界转速时，振动的位与转子质量偏心方向相一致。对于200MW机组，中压转子临界转速在1680r／min左右，所以在中速以前振动过大时轴的瞬间振动方向与摩擦高位点之间的相位角是小于90°的锐角说明热变形与转子原来的偏心方向趋于一致，互为叠加。偏心引起摩擦，摩擦热变形进一加大偏心，此种情况可以在短时间内使动挠度大大加剧，振动恶化，此处是引起大轴弯曲危险区域。二是汽缸进冷汽、冷水，使转子局部受到急剧冷却。下面分别加以讨论。 (一)摩擦振动引起的大轴永久性弯曲机组在启运过程中，由于下述原因可能引起摩擦： 1)转子热弯曲，即转子爱热不均匀。 2)转子动弯曲，即转子自身不平衡，引起同步振动。 3)汽缸热挠曲，即汽缸受热不均匀，上缸温度大于下缸温度，引起缸体向上拱背弯曲或者法兰加热不足时，汽缸前部呈立椭圆，中部呈扁椭圆，容易引起动、静部分间隙消失，产行摩擦。 (二)汽缸进冷汽、冷水机组在启动过程中，如有冷汽、冷水进入汽轮机，机组将产生激烈振动。这时，下汽缸受到突然冷却，使得汽缸产生拱背变形，造成通流部份经向间隙消失，使转子汽封体产生摩擦，转子无法，盘车被迫停止。转子在高温条件下突然受到冷水侵袭，转子下冲半部受到冷却，转子表面急剧收缩，使转子弯曲，浸入冷水的下半部为凹面，受到没有冷却部分的约束，承受拉应力。根据计算，热态停机后如汽水系统隔离不当而使下部进水，当转子上下出现200℃的温差时，冷却部分的拉热应力将超过屈服极限。 (三)防止大轴弯曲的措施 1．在基础技术和管理方面主要值班人员应熟悉掌握以下数据、资料： 1)大轴晃度表测点安装位置，转子原始弯曲的最大晃动度值和最大弯曲点的轴向位置及圆周方向的相位。 2)汽轮发电机轴系各阶监界转速点及正常启动运行情况的各轴承振动值。 3)正常情况下的盘车电流及电流摆动值。 4)正常停机时的惰走曲线和紧急破坏真空停机时的隋走曲线。 5)停同后正常情况下高压内外缸及中压缸上下壁温度的下降曲线。 6)通流部分轴向、径向间隙。 2．在运行操作方面 1)汽轮机冲转前必须符合以下条件，否则禁止启动： ①大轴晃动度下超过原始值的O．02mm。 ②高压内缸上下温差不超过35℃，高压外缸及中压缸上下温差不超过50℃。 ③主蒸汽、再热蒸汽温度至少高于汽缸最高金属温度60～100℃，但不应超过额定汽温，蒸汽过热度不低于50℃。 2)冲转前进行充分盘车，一般不少于2～4h，并尽可能避免中间停止盘车。 3)热态启动时应严格遵守运行规程中的操作规定，当汽封需要使用高温汽源时，应注意与金属温度相匹配，轴封和管路经充分疏水后方可投汽。 4)启动升速中应有专人监视轴承振动，如果有异常，应查明原因并进行处理。 5)机组启动中，因振动异常而停机后，必须经过全面检查并确认机组已符合启动条件，仍要连续盘车4h，才能再次启动。 6)启动过程中疏水系统投入时，应注意保持凝汽器水位低于疏水扩容器标高。 7)当主蒸汽温度较低时，调节汽阀的大幅度摆动，有可能引起汽轮机一定程度的水冲击。 8)机组在启、停和变工况运行时，应按规定的曲线控制参数变化。当lOmin内汽温直线下降50℃以上时，在立即打闸停机。 9)机组在运行中，轴承振动一般不应超过O．03mm，超过O．05mm时应设法消除。 10)停机后应立即投入盘车。当盘车电流较正常值大、摆动或有异音时，应及时汇报、分析、处理。当汽封摩擦严重时，应先改为手动的方式盘车180。，待摩擦基本消失后投入连续盘车。当盘车盘不动时，禁止用天车强行盘车。 11)停机后应认真监视凝汽器、除氧器、加热器的水位，防止冷汽、冷水进入汽轮机，造成转子弯曲。 12)停机后应检查再热器减温水阀和I级旁路减温水阀是否关闭严密。 13)汽轮机在热状态下，如主蒸汽系统截止阀不严，则锅炉不宜进行水压试验如确需进行，应采取有效措施，防止水漏入汽轮机。 14)热态启动前应检查停机记录，并与正常停机曲线比较，发现异常情况应及时汇报处理。 15)热态启动时应先送汽封，后抽真空，高压汽封使用的高温汽源应与金属温度相匹配，轴封汽管道应充分暖管、疏水。防止水或冷汽从汽封进入汽轮机。第一节汽轮机事故处理原则和一般分析方法
电力工业的安全生产，对国民经济和人民生活关系极为密切，发电设备的事故，不但对本企业造成严重的损失，而且直接影响工农业生产。随着单机容量的不断增大，大型机组的安全运行，对电力系统具有举足轻重的影响。近年来大型机组严重的设备损坏事故时有发生。因此大力开展汽轮发电机组的反事故演习，仍然是一项非常迫切的任务。

汽轮机设备损坏，是电力系统五大恶性事故(即全厂停电、大面积停电，主要设备损坏、火灾、人身死亡)之一。汽轮机设备一旦发生重大损坏事故，就需相当长的检修时间才能恢复发电。能否避免严重的设备损坏事故以及减轻设备损坏的严重程度，则和设备检修技术、运行技术以及运行人员对事故判断和处理方法正确与否有直接的关系。运行人员一定要把安全放在首位，要有高度的责任心，在值班期间应按规定的时间和项目进行认真的巡回检查，及时地发现问题并有效地解决，做到以防为主。运行人员还应加强运行分析工作，防患于未然。一些事故在发生前已有明显的征兆，如能及时地发现和处理，就可以避免或

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