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汽輪機常見事故分析和處理

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   汽輪機是將蒸汽的熱能轉換成機械能的一種旋轉式原動機,其參數高、容量大,一旦發生事故,損失特別重大,所以我們要保障汽輪機的安全運行,盡量避免發生事故,但我們仍要未雨綢繆,全面掌握汽輪機常見事故分析和處理,以確保事故來臨時臨危不亂,正確處置。
        

          
汽輪機常見事故的處理原則 
  1、根據儀表指示和機組象征,綜合判斷故障性質。
        
  2、迅速解除對人身或設備的危險,必要時應立即停用發生故障的設備,即堅持保人身、保設備、保電網,保熱用戶的原則。
  3、迅速查清故障的性質、范圍,并正確地采取有效措施消滅事故,防止事故的擴大,避免影響正常運行的設備。
  4、在發生事故時,運行人員應主動迅速地將事故及已采取的措施報告值長,值長應分析事故情況,作出必要的指示。
  5、處理事故時要保持鎮定,不可急躁、慌張。思考要周密,判斷要正確,動作要迅速。
  6、若事故發生在交接班時間,應停止進行交接班,由交班人員負責處理,只有在事故處理告一段落,接班值長同意方可交接。接班人可以協助進行事故處理。
  7、值班人員如發現難以分析判斷的現象時,應立即報告值長,共同實地觀察研究,查清原因,并采取預防措施,不得盲目處理,在接到上級命令后應復誦一遍,如沒聽懂應及時問清,命令執行后,應迅速向發令者匯報。
  8、運行專業的管理人員,在設備發生故障時,必須到現場協助運行人員消除故障,并給運行人員必要的指示,但指示不得與值長的命令相抵觸。
  9、故障消除后,認真做好故障的時間、現象、過程、措施等項目的記錄,并向下一班交待清楚。

     
汽輪機常見事故分析和處理方法
  一、汽輪機真空下降:
   汽輪機運行中,凝汽器真空下降,將導致排汽壓力升高,可用焓減小,同時機組出力降低;排汽缸及軸承座受熱膨脹,軸承負荷分配發生變化,機組產生振動;凝汽器銅管受熱膨脹產生松弛、變形,甚至斷裂;若保持負荷不變,將使軸向推力增大以及葉片過負荷,排汽的容積流量減少,末級要產生脫流及旋流;同時還會在葉片的某一部位產生較大的激振力,有可能損傷葉片。因此機組在運行中發現真空下降時必須采取如下措施:
   1、發現真空下降時首先要對照表計,如果真空表指示下降,排汽室溫度升高,即可確認為真空下降。在工況不變時,隨著真空降低,負荷相應地減小。
   2、確認真空下降后應迅速檢查原因,根據真空下降原因采取相應的處理措施。
   3、應啟動備用射水軸氣器或輔助空氣抽氣器。
   4、在處理過程中,若真空繼續下降,應按規程規定降負荷,防止排汽室溫度超限,防止低壓缸大氣安全門動作。汽輪機真空下降分為急劇下降和緩慢下降兩種情況。
  (一)真空急劇下降的原因和處理
   1、循環水中斷循環水中斷的故障可以從循環泵的工作情況判斷出。若循環泵電機電流和水泵出口壓力到零,即可確認為循環泵跳閘,此時應立即啟動備用循環泵。若強合跳閘泵,應檢查泵是否倒轉;若倒轉,嚴禁強合,以免電機過載和斷軸。如無備用泵,則應迅速將負荷降到零,打閘停機。循環水泵出口壓力、電機電流擺動,通常是循環水泵吸入口水位過低、網濾堵塞等所致,此時應盡快采取措施,提高水位或清降雜物。如果循環水泵出口壓力、電機電流大幅度降低,則可能是循環水泵本身故障引起。如果循環泵在運行中出口誤關,或備用泵出口門誤門,造成循環水倒流,也會造成真空急劇下降。
   2、射水抽氣器工作失常如果發現射水泵出口壓力,電機電流同時到零,說明射水泵跳閘;如射水泵壓力.電流下降,說明泵本身故障或水池水位過低。發生以上情況時,均應啟動備用射水磁和射水抽氣器,水位過低時應補水至正常水位。
   3、凝汽器滿水凝汽器在短時間內滿水,一般是凝汽器銅管泄漏嚴重,大量循環水進入汽側或凝結水泵故障所致。處理方法是立即開大水位調節閥并啟動備用凝結水泵。必要時可將凝結水排入地溝,直到水位恢復正常。銅管泄漏還表現為凝結水硬度增加。這時應停止泄漏的凝汽器,嚴重時則要停機。如果凝結水泵故障,可以從出口壓力和電流來判斷。
   4、軸封供汽中斷如果軸封供汽壓力到零或出現微負壓,說明軸封供汽中斷,其原因可能是軸封壓力調整節器失靈,調節閥閥芯脫落或汽封系統進水。此時應開啟軸封調節器的旁路閥門,檢查除氧器是否滿水(軸封供汽來自除氧器時)。如果滿水,迅速降低其水位,倒換軸封的備用汽源。
  (二)真空緩慢下降的原因和處理
   因為真空系統龐大,影響真空的因素較多,所以真空緩慢下降時,尋找原因比較困難,重點可以檢查以下各項,并進行處理。
  1、循環水量不足循環水量不足表現在同一負荷下,凝汽器循環水進出口溫差增大,其原因可能是凝汽器進入雜物而堵塞。對于裝有膠球清洗裝置的一機組,應進行反沖洗。對于凝汽器出口管有虹吸的機組,應檢查虹吸是否破壞,其現象是:凝汽器出口側真空到零,同時凝汽器入口壓力增加。出現上述情況時,應使用循環水系統的輔助抽氣器,恢復出口處的真空,必要時可增加進入凝汽器的循環水量。凝汽器出人口溫差增加,還可能是由于循環水出口管積存空氣或者是銅管結垢嚴重。此時應開啟出口管放空氣閥,排除空氣或投入膠球清洗裝置進行清洗,必要時在停機后用高壓水進行沖洗。
   2、凝汽器水位升高導致凝汽器水位升高的原因可能是凝結水泵入口汽化或者凝汽器銅管破裂漏入循環水等。凝結水泵入口汽化可以通過凝結水泵電流的減小來判斷,當確認是由于此原因造成凝汽器水位升高時,應檢查水泵入口側蘭盤根是否不嚴,漏入空氣。凝汽器銅管破裂可通過檢驗凝結水硬度加以判斷。
   3、射水抽氣器工作水溫升高工作水溫升高,使抽氣室壓力升高,降低了抽氣器的效率。當發現水溫升高時,應開啟工業水補水,降低工作水溫度。
   4、真空系統漏人空氣真空系統是否漏入空氣,可通過嚴密性試驗來檢查。此外,空氣漏入真空系統,還表現為凝結水過冷度增加,并且凝汽器端差增大。

  二、汽輪機超速
       
   汽輪發電機組是在高速下工作的精密配合的機械設備,汽輪機作為原動機,具有強大的動力矩,在運行中調節系統一旦失靈。就可能使汽輪機轉速急劇升高,轉子零件的應力將達到不允許的數值,可能使葉片甩脫、軸承損壞、轉子斷裂,甚至整個機組報廢。因此,汽輪機超速是對人身安全和設備危害極大的惡性事故。為了防止汽輪機超速,在設計時考慮了多道保護措施,但汽輪機超速事故仍不能完全避免,其原因主要如下:
   1、調節系統有缺陷:
   1)、調速汽門不能正常關閉或關閉不嚴;
   2)、調節系統遲緩率過大或調節部件卡澀;
   3)、調節系統動態特性不良;
   4)、調節系統整定不當,如同步器調整范圍、配汽機構膨脹間隙不符合要求等。
   2、汽輪機超速保護系統故障:
   1)、危急遮斷器不動作或動作轉速過高;
   2)、危急遮斷器滑閥卡澀;
   3)、自動主汽門和調整汽門卡澀;
   4)、抽汽止回閥失靈,發電機跳閘后高加疏水汽化或鄰機抽汽進入汽輪機。
   3、運行操作調整不當:
   1)、油質管理不善,油中有雜質,酸價過高,汽封漏汽過大,油中進水,引起調速和保護部套卡澀;
   2)、運行中同步器調整超過了調整范圍或調整范圍過大;
   3)、蒸汽品質不良,造成主汽門、調整汽門結垢;
   4)、超速試驗操作不當,轉速飛升過快;避免超速的發生,重在預防,為此應采取如下措施:
  (1)、對調節保安系統的一般要求:
   a、各超速保護裝置均應完好并正常投入;
   b、在正常參數下調節系統應能維持汽輪機在額定轉速下運行;
   c、在額定參數下,機組甩去額定負荷后,調節系統應能將機組轉速維持在危急保安器動作轉速以下:
   d、調節系統的速度變動率應不大于5%,遲緩率應小于O.2%(大機組);
   e、自動主汽門、再熱主汽門及調節汽門應能迅速關閉嚴密、無卡澀;
   f、調節保安系統的定期試驗裝置應完好可靠。
  (2)、調節保安系統定期試驗:
   a、調節保安系統定期試驗是檢查調節保安系統是否處于良好狀態,在異常情況下是否能迅速準確動作,防止機組嚴重超速的主要手段之一。有關定期試驗要按規定進和行。
   b、新安裝機組或大修后、或危急保安器解體或調整后、或停機一個月后再交啟動時、或機組甩負荷試驗前,應提升轉速進行危急保安器動作試驗。提升轉速試驗時,應滿足制造廠對轉子溫度的要求。
   c、機組每運行2000h后應進行危急保安器充油試驗。部分200MW機組在高壓缸脹差超過+3mm時進行危急保安器充油試驗,可能出現危急保安器杠桿脫不開,而造成機組跳閘。
   d、每天進行一次自動主汽門活動試驗。帶固定負荷的機組,每天或至少每周進行一次負荷較大范圍的變動,以活動調速汽門。裝有中壓調整汽門定期活動裝置的機組,每天或至少每周進行一次中壓調速汽門活動試驗。
   e、每月進行一次抽汽止回閥關閉試驗,當某一抽汽止回閥存在缺陷時,禁止汽輪機使用該段抽汽運行。
   f、大修前后應進行汽門嚴密性試驗。
   g、機組安裝后應與制造廠聯系,取得同意后進行甩負荷試驗。試驗前應先進行節系統靜態試驗、危急保安器動作試驗、汽門嚴密性試驗、抽汽止回閥試驗,并在各項試驗合格后才能進行。
   (3)、防止汽門卡澀的措施:
   a、汽輪機嚴重超速事故大多數是由于汽門卡澀等原因不能及時嚴密關閉而引起的。防止汽門卡澀,保證其能迅速嚴密關閉,是防止嚴重超速事故的關鍵。
   b、高、中壓自動主汽門錯油門下部節流旋塞應擰緊沖捻固定。
   c、調節汽門凸輪間隙及調節汽門框架與球形墊之間間隙應調整適當,以保證在熱態時調速汽門能關閉嚴密,關可在熱態停機后檢查凸輪是否有一定間隙來核對冷態凸輪間隙是否適當。
   d、大修中應檢查門桿彎曲和測量閥桿與套簡間隙,不符合標準的應進行更換或處理。
   e、檢修中檢查門桿與閥桿套是否存在氧化皮。對較厚的氧化皮應設法清除,氧化皮厚的部位可用適當放大間隙的辦法來防止卡澀。
   f、檢修中應測量主汽門及各調節汽門預啟閥行程,并檢查是否卡澀。如有卡澀,必順解體檢查處理。解體時應徹底除去氧化皮,閥蝶與閥座接觸部分的垢跡及氧化皮也應認真清理,并且用紅丹油作接觸檢查。
   g、蒸汽品質應符合要求,防止門桿結垢卡澀。
   h、閥座松動、抬起、導致門桿跳動,甚至運行中門桿斷裂。
   (4、)對油系統的要求:
   a、調速部套油系統管道中的鑄造型砂等雜物應徹底清理干凈。
   b、機組安裝時油系統的施II藝與油循環要求應符合(84)基火字第145號文《汽輪發電機油系統施II藝暫行規定》的要求。
   c、潤滑油中可添加防銹劑,檢修時調節部套可在防銹母液中浸泡24h,以提高防銹效果。
   d、為防止大量水進入油系統,應采用不易倒伏的汽封型式。汽封間隙應調整適當,汽封系統設計及管道配置合理,汽封壓力自動調節正常投入。
   e、前箱、軸承箱負壓不宜過高,以防止灰塵及水、汽進入油系統。一般前箱、軸承箱負壓以12~20mm水柱為宜(或軸承室油檔無油及油煙噴出即可)。

  三、汽輪機水沖擊
       
   水或冷蒸汽進入汽輪機,可能造成設備嚴重損壞。水沖擊將造成葉片的損傷、動靜部分碰磨、汽缸裂紋或產生永久變形,推力軸承損壞等。對此,設計和運行部門必須高度重視。關于汽輪機進水事故,應以預防為主,若運行中一旦發生,必須采取迅速果斷的措施進行處理。下面根據水或冷汽的來源分別進行討論。
   1、來自鍋爐及主蒸汽系統由于誤操作或自動調整裝置失靈,鍋爐蒸汽溫度或汽包水位失去控制,有可能使水或冷蒸汽從鍋爐經主蒸汽管道進入汽輪機。嚴重時會使汽輪機發生水沖擊。汽輪機進水時,必須迅速破壞真空,緊急停機,并開啟汽輪機本體和主蒸汽管道上的疏水門,進行疏水。凡因水沖擊引起停機時,應正確記錄轉子惰走時間及惰走時真空變化。在惰走過程中仔細傾聽汽輪機內部聲音,檢查竄軸表指示及推力瓦塊和同油溫度。對于中間再熱機組,因主蒸汽溫度下降發生水擊時,由高壓缸進水,就使得負軸向推力增大,所以要重點監視非工作瓦塊金屬溫度。在滑參數啟動和停機過程中,由于某種原因調速汽門突然關小,造成汽壓升高,則可能使蒸汽管積水。在滑參數停機時,如果降溫速度太快而汽壓沒有相應降低,使蒸汽的過熱度很低,就可能在管道內產生凝結水,到一定程度,積水就可能進入汽輪機。
   2、來自再熱蒸汽系統再熱蒸汽系統中通常設有減溫水裝置,用以調節再熱蒸汽溫度。水有可能從再熱蒸汽冷段反流到高壓缸或積存在冷段管內,其現象是:冷段止回閥法蘭冒白汽,高壓外缸下缸金屬溫度降低。發生上述現象時,應立即通知鍋爐人員將減溫水門關閉。1給旁路減溫水未關嚴,會造成同上述情況一樣的后果。對再熱蒸汽熱段,如果疏水管徑太小,啟動時疏水不暢,也會造成汽輪機進水。
   3、來自抽汽系統水或冷蒸汽從抽汽管道進入汽輪機,多數是加熱器管子泄漏或加熱器系統故障引起。其現象是:某臺加熱器水位升高,加熱器汽側壓力高于抽汽壓力,殼體或管道有水沖擊聲,抽汽止回閥門桿冒白汽或濺水滴,脹差向正值發展。發現上述情況時,首先開大加熱器疏水調節閥。如果確認加熱器泄漏,立即將其停止。另外,若除氧器漏水,水可能從抽汽、門桿漏汽倒入汽缸。
   1)、運行中進行油系統切換時發生誤操作,而對潤滑油壓未加強監視,使軸承斷油,造成燒瓦。
   2)、機組定速后,停調整速油泵時未注意監視油壓,射油器因進空氣而工作失常,使主油泵失壓,潤滑油壓降低而又未聯動,幾個因素合在一起,使軸承斷油,造成群瓦燒損。
   3)、油系統積存在大量空氣未及時排除,使軸瓦瞬間斷油
   4)、汽輪發電機組在啟動和停止過程中、高、低壓油泵同時故障。
   5)、主油箱油位降到零以下時,空氣進入射油器,使油泵工作失常。
   6)、廠用電中斷,直流油泵不能及時投入,如保險熔斷,直流電源或油泵故障等。
   7)、安裝或檢修時,油系統存留棉球等雜物,使油管堵塞。
   8)、軸瓦在檢修中裝反,運行中移位。
   9)、機組強烈振動,軸瓦烏金研磨損壞。軸瓦燒損的事故現象是:軸瓦烏金溫度及回油溫度急劇升高,一旦油膜破壞,機組振動增大,軸瓦冒煙。此時應立即手打危急保安器,解列發電機。
   為減輕軸瓦損壞程度,遇到下列是情況之一時,也應立即打閘停機:
   1)、任一軸承回油溫度超過75℃或突然連續升高超過70℃。
   2)、軸瓦烏金溫度超過90℃。
   3)、潤滑油壓下降到O.04Mpa,啟動交、直流油泵無效。
   為防止軸瓦燒損,應采取如下技術措施:
   1)、為保證油泵和聯動裝置的可靠性,潤滑油泵的電源必須可靠,調速油泵和交流潤油泵的電源由兩段廠用電分供,以防兩臺油泵同時失去電源。機組運行中,高壓油泵、交流油泵、直流油泵和低油壓保護裝置應定期進行試驗,保證可靠好用。在每次機組啟動前,要進行油壓聯動試驗。在正常停機前要先試驗交、直流油泵,確認其良了后,再進和停機。直流潤滑油泵和直流密封油泵故障應及時修復。直流潤滑油泵電源保險絲,在許可的情況盡量選用較高等級。機組大、小修后,均應進行直流油泵的帶負荷啟動試驗。調速油泵和潤滑油泵工作失常時,按下述原則處理:在汽輪機啟動過程中,調速油泵發生故障時,應迅速啟動交流潤滑油泵,停止故障油泵,并停止汽輪機的啟動。打閘停機過程中,交流潤滑油泵發生故障時,應迅速啟動直流油泵,繼續停機。停機時發現交、直流潤滑油泵都故障時,應保持主機在正常下繼續空負荷運行,直到一臺油泵修復為止,此時故障泵應設法迅速立即修復。
   2)、為防止油系統切換時發生誤操作,冷油器油側進、出油門應有明顯的禁止操作的警告牌。在進行油系統操作時,如串聯與并聯運行方式的切換,投入備用冷油器或濾油器等必須按事先填好的操作票逐項進行,并注意將容器內的空氣排凈。操作時由汽輪機運行負責人監護,操作人與司機密切配合,注意監視油壓、油溫、油流。機組啟動前向系統供油時,應首先啟動交流潤滑油泵,緩慢開出口門,通過充油門排除調速系統積存的空氣,然后再啟動調速油泵。在啟動盤車前,要確認油壓、油溫、油流正常。
   3)、機組啟動定速后,停用調速油泵時,要緩慢地關閉出口門,設專人監視主油泵出口油壓和潤滑油壓的變化。發現油壓降低時,立即通知操作人員開啟油泵出口門,查明原因,采取相應措施。
   4)、安裝或檢修時,對有可能發生位移的瓦胎,應加止動裝置。切實防止軸瓦位置裝錯油孔不對,加堵板不拆或有棉紗布等雜物留在油系統內。
   5)、汽輪機軸承應裝有防止軸電流的裝置,保證軸瓦烏金溫度及潤滑油系統內各油溫測點指示準確。

  五、通流部分
       
   動靜磨損中間再熱式汽輪機,參數高、容量大、汽缸數目多,又有內外缸之分,因此汽缸和轉子的膨脹關系比較復雜。汽輪機通流部分的磨損,一般發生在機組啟、停和工況變化時,產生磨損的主要原因是:汽缸與轉子不均勻加熱和冷卻;啟動與運行方式不合理;保溫質量不良及法蘭螺栓加熱裝置使用不當等。動靜部分在軸向和徑向磨損的原因,往往很難絕對分開,但仍然有所區別。在軸向方面,沿通流方向各級的汽缸與轉子的溫差并非一致,因而熱膨脹也不同。在啟動、停機和變工況運行時,轉子與汽缸膨脹差超過極限數值,使軸向間隙消失,便造成動靜部分磨損,在消失的時候,便產生汽封與轉子摩擦,同時又不可避免地使轉子彎曲,從而產生惡性循環。
   另外,機組振動大和汽封套變形都會引起徑向摩擦。通流部分磨損事故的征象和處理如下:轉子與汽缸的相對脹差表指示超過極值或上下缸溫差超過允許值,機組發生異常振動,這時即可確認為動靜部分發生碰磨,應立即破壞真空緊急停機。停機后,如果脹差及汽缸各部溫差達到正常值,方可重新啟動。啟動時要注意監視脹差和溫度的變化,注意聽音和監視機組的振動。如果停機過程轉子惰走時間明顯縮短,甚至盤車啟動不起來,或得盤車裝置運行時有明顯的金屬摩擦聲,說明動靜部分磨損嚴重,要揭缸檢修。為了防止通流部人磨損,應采取如下措施:
   1)、認真分析轉子和汽缸的膨脹關系。
   2)、在啟動、停機和變工況下,加強對脹差的監視。
   3)、在正常運行中,由于某種原因造成鍋爐熄火,應根據蒸汽參數下降情況和脹差的變化,將機組負荷減到零。
   4)、合理調整通流部分間隙。
   5)、防止上下缸溫差過大和轉子熱彎曲,以防振動過大等。
   6)、正確使用汽封供汽、防止汽封套變形。
   7)、調整節級導流環必須牢固可靠,保證掛耳的焊接質量。

  六、汽輪機葉片損壞
       
   汽輪機發生的事故中,由于葉片的損壞而導致的事故占主要部分。所謂葉片事故,通常指葉片的斷裂,拉金和圍帶斷裂,鉚頭斷裂以及葉輪損壞等。葉片在運行中的損壞是各式各樣的,引起葉片損壞的原因也是多方面的,本節介紹常見葉片事故發生時的征象、原因及預防措施。
  (一)、葉片斷落的征象汽輪機在運行中發生葉片斷落一般有下列現象:
   1)、汽輪機內部或凝汽器內有突然的響聲,此時在汽輪機平臺底層??汕宄芈牭?。
   2)、機組發生強烈振動或振動明顯增大,這是由于葉片斷落而引起轉子平衡破壞或轉與落葉片發生碰撞摩擦所致。但有時葉片的斷落發生在轉子的中間級,發生動靜部分摩擦時,機組就不一定會發生強烈振動或振動明顯增大,這在容量較大機組的高、中壓轉子上有時會遇到。
   3)、當葉片損壞較多而且較嚴重時,由于通流部分尺寸改變,蒸汽流量、調速汽閥開度監視級壓力等與功率的關系部將發生變化。
   4)、若葉片落入凝汽器,則會交凝汽器的銅管打壞,使循環水漏入凝結水中,從而表現為凝結水硬度和導電度突增。
   5)、若機組抽汽部位葉片斷落,則葉片可能進入抽汽管道,使抽汽止回閥卡澀,或進加入熱器使管子損壞,導致水位升高。
   6)、停機過程中,聽到機內有金屬摩擦聲,惰走時間減少。
   7)、在停機蔌升速過程中越過臨界轉速時,機組振動有明顯的增大或變化。

   (二)、葉片損壞的原因葉片損壞的原因很多,但不外乎下列三個方面:
   1、葉片本身的原因:
   1)、振動特性不合格。由于葉片頻率不合格,運行時產生共振而損壞者,在汽輪機葉片事故中為數不少。如果擾動力很大,甚至運行幾個小時后即能發生事故。這個時間的長短,還和振動特性、材料性能以及葉片結構、制造加工質量等有關。
   2)、設計不當。葉片設計應力過高或柵結構不合理,以及振動強調特性不合格等,均會導致葉片損壞。個別機組葉片甚薄,若鉚釘應力較大,則鉚裝圍帶時容易產生裂紋。葉片鉚頭和圍帶湯裂事故發生的情況也不在少數。
   3)、材質不良或錯用材料。材料機械性能差,金屬組織有缺陷或有夾渣、裂紋等,葉片經過長期運行后材料疲勞性能及衰減性能變差,或因腐蝕沖刷機械性能降低,這些都導致葉片損壞。
   4)、加工工藝不良。加工工藝不嚴格,例如表面粗糙度不好,留有加工刀痕,扭轉葉片的接刀處不當,圍帶鉚釘孔或拉金孔處無倒角或倒角不夠或尺寸不準確等,能引起應力集中,從而導致葉片損壞。有時低壓級葉片為了防止水蝕而采用防護措施,當此措施的工藝不良時能使葉片損壞。國內由于焊接拉金或圍帶安裝工藝不良引起的葉片事故較多,應引起重視。
   2、運行方面的原因:
   1)、偏離額定頻率運行。汽輪機葉片的振動特性都是按運行頻率為50HZ設計的,因此電網頻率降低時,可能使機組葉片的共振安全率變化而落入共振動狀態下運行,使葉片加速壞和斷裂。
   2)、過負荷運行。一般機組過負荷運行時各級葉片應力增大,特別是最后幾級葉片,葉片應力隨蒸汽流量的增大而成正比增大外,還隨該幾級焓隆的增加而增大。因此機組過荷運行時,應進行詳細的熱力和強度核算。
   3)、汽溫過低。新蒸汽溫度降低時,帶來兩種危害:一是最后幾級葉片處濕度過大,葉片受沖蝕,截而減小,應力集中,從而引起葉片的損壞;二是當汽溫降低而出力不降低時,流量熱必增加,從而引起葉片的過負荷,這同何況能引起葉片損壞。
   4)、蒸汽品質不良。蒸汽品質不良會使葉片結垢,造成葉片損壞。葉片結垢使通道減小,造成級焓降增加,葉片應力增大。另外結垢也容易引起葉片腐蝕,使強度降低。
   5)、真空過高或過低。真空過高時,可能使末級葉片過負荷和濕度增大,加速葉片的水蝕,容易引起葉片的損壞。另外,真空過低仍維持最大出力不變時,也可能使最后幾級過負荷而引起葉片損壞。
   6)、水沖擊。運行時汽輪機進水的可能性很多,特別是近代大容量再熱機組,由于汽水系統相應復雜,汽輪機進水的可能性更有所增加,蒸汽與水一起進入汽輪機,產生水擊和汽缸等部件不規則冷卻和變形,造成動靜部件碰磨,使葉片受到嚴重損壞。
   7)、機組振動過大。
   8)、起動、停機與增減負荷時操作不當,如改變速度太快,脹差過大等,使動靜部分發生摩擦,導致葉片損壞。
   9)、停機后主汽閥關閉不嚴而未開啟疏水閥,有可能使蒸汽漏入機內,引起葉片腐蝕等。
   3、檢修方面的原因屬于檢修不當的主要原因有:動靜間隙不合標準,隔板安裝不當,起吊搬運過程中碰傷損壞葉片,或機內和管道內留有雜物等。新安裝機組管道沖洗不干凈,通流部分零件安裝不牢固,運行時有型砂異物或零件松脫等,有可能打壞葉片。檢修中對葉片拉金、圍帶等的修理要特別注意,過去曾因拉金和葉片銀焊時發生過熱而葉片斷裂的事故為數不少,而且對這種事故的原因一般較難分析。此外,調節系統不能維持空負荷運行,危急保安器失靈,以及抽汽系統止回閥失靈,汽輪機甩負荷時發生超速,或超速試驗時發生異常情況等,均能使機組嚴重超速而引起葉片損壞。
   (三)葉片事故原因的分析
   引起葉片事故的原因,常常是很復雜的,而且是多方面的,但是其中必有一種因素起主要作用。分析葉片事故時應當抓住主要因素,并從以下幾個方面進行考慮:
   1)、檢查葉片損壞情況。事故發生后,應首先檢查事故的范圍和情況,并作好記錄,然后檢查斷落位置及斷面特征,初步分析事故的原因。
   2)、分析運行及檢修資料。檢查葉片事故發生前的運行工況有無異常,如運行參數是否正常,有無超載超速及低頻率運行,有無葉片結垢、腐蝕、水刷等情況。查看檢修資料,檢查動靜間隙是否符合標準,有無重大改進和改造等,對運行和檢修資料進行全面細致的分析。
   3)、測定葉片的振動特性。根據歷次振動特性試驗記錄進行分析,必要時進行振動特性試驗,對照運行頻率進行分析。葉片的振動特性數據主要為A0、B0、A1型振動頻率、輪系振動頻率以及Zn附近±20%的高頻數據,并將歷次數據進行分析比較。
   4)、分析損壞葉片的斷面性質。對葉片損壞的斷面進行仔細的分析,往往能幫助我們找出葉片損壞的原因,因此這項工作很重要。
   5)、金屬材料檢驗分析。對葉片材料進行金相檢查和材質分析,如有可能,應進行疲勞性能和衰減性能試驗。
   6)、強度核算。復核葉片幾何尺寸,進行熱力和強度核算,檢查應力是否過大,設計制造上是否有問題。
   7)、與同類機組進行比較。
   (四)、防止葉片斷裂事故的措施
   汽輪機運行事故中,因葉片損壞而造成事故的比重很大。隨著單機容量的增大,運行系統的操作更加復雜,因此葉片損壞事故并未減少。特別是大容量機組,發生水擊而損壞葉片的事故更是常見。防止葉片損壞事故極為重要,除制造廠在設計和制造方面應更合理,更完善以外,運行部門還應從運行和檢修等方面著手,共同采取措施,防止葉片斷裂和損壞事故的發生。
   (1)、在運行管理,特別是電網頻率的管理方面,應采取以下措施:
   1)、電網應保持在定額頻率和正常允許變動范圍內穩定運行。根據葉片損壞事故的分析統計,電網頻率偏離正常值是造成葉片斷裂的主要原因,因此對頻率的管理極為重要。
   2)、避免機組過負荷運行,特別是防止既是低頻率運行又是過負荷運行。對于機組的提高出力運行,必須事先對機組進行熱力計算和對主要部件進行強度核算,并確認強度允許后才可,否則是不允許的。
   3)、加強運行中的監視。機組起停和正常運行時,必須加強對各運行參數(例如汽壓、汽溫、出力、真空等)的監視,運行中不允許這些參數劇烈波動。嚴格執行規章制度,起停必須合理,防止動靜部件在運行中發生摩擦。近年來,大容量機組不斷增加,由于運行和起停操作復雜,這些機組發生水擊而損壞葉片的情況為數不少。另外,由于大機組末幾級使用長葉片,水蝕也是一個威脅。
   4)、加強汽水品質監督,防上葉片結垢、腐蝕。
   5)、經常傾聽機內聲音,檢查振動情況的變化,分析各級汽壓數值和凝結水水質情況若出現斷葉征象,如通流部分發生可疑響聲,機組出現異常振動,在負荷不變或相對減小情況下中間級汽壓升高或凝結水硬度升高,導電度突然增大等,應及時處理,避免事故擴大。
   6)、停機后加強對主汽閥嚴密性的檢查,防止汽水漏入汽缸。停機時間較長的機組,包括為消除缺陷安排的工期較長的停機,應認真做好保養工作,防止通流部分銹蝕損壞。
   (2)、在檢修管理方面應采取如下措施:
   1)、每臺汽輪機的主要級葉片,應建立完整的技術檔案。
   2)、新裝機組,投運前必須對葉片的振動特性進行全面測定。對不調頻葉片,要檢驗頻率分散率;對調頻葉片,除分散率外,尚需鑒定其共振安全率。對調頻葉片,若發現葉片落人共振狀態,應盡快采取措施,按實際情況進行必要的調整。
   3)、檢修中認真仔細地對各級葉片及其拉金、圍帶等進行檢查。發現有缺陷或懷疑缺陷有時,應進行處理并設法加以消除。對具有阻尼拉金的葉片,要特別細心檢查,必須保持阻尼拉金的完好。在檢查過程中,如果懷疑葉片或葉根有裂紋,則要進行必要的探傷。目前,采用超聲波探傷,不僅能檢查葉片和葉輪等部件的表面有無裂紋存在,而且能對葉根在輪槽內部的部位進行探傷,檢查葉根有無裂紋。
   4)、嚴格保證葉片檢修工藝質量。檢修中除換新葉片的工藝質量必須良好以外,其他一般拉金銀焊工藝、型線變化處的圓角或倒角等均應保證工藝質量良好。調換或重裝葉片,應嚴格執行檢修工藝質量標準。注意葉片鉚釘頭處及拉金孔處的倒角及加工粗糙度。葉根應修刮,使接觸緊密,封口片應有足夠的緊力。新裝葉片的單片和成組頻率,分散率應合格(即<8%),圍帶鉚接應保證質量良好。
   5)、噴嘴葉片如發現有彎曲變形,應設法校正,通流部分應清理干凈,防止遺留雜物,緊固件應加松保險,以防振動脫落。
   6)、起吊搬運時防止將葉片碰損。噴砂清洗時砂粒要細。葉片和葉輪上不準用尖硬工具修刮,更嚴格禁止電焊。葉片酸洗時不應將葉片沖刷過度,清洗后應將酸液清洗干凈,防止腐蝕。避免用單個葉片或葉片組來盤動轉子,以免將葉片弄彎。
   7)、當發現葉片有時明顯的熱處理工藝不當而遺留下過大的殘余應力時,應進行高溫回火處理。
   8)、發現葉片斷落、裂紋和各種損傷變形,要認真分析研究,找出原因,采取措施。對損壞的葉片,行用肉眼檢查有無加工不良、沖刷、腐蝕、機械損傷、扭曲變形、松動位移等異常跡象。對斷落、裂紋葉片要保留實物,保護斷面。仔細檢查分析斷口位置、形狀、斷面特征、受力狀態等,并對照原始頻率數據,作必要的測試鑒定。在葉片換裝、拆卸過程中,要對葉片的制造、安裝質量作出鑒定。
   為進一步分析損傷原因,應對斷面和裂紋作出金相、硬度檢驗,必要時進行材料分析和機械性能試驗,以確定裂紋和材質狀況。對同級無外觀損傷的葉片進行探傷檢驗,并根據損傷葉片的原因分析總結,采取相應的處理措施,防止重復發生。對受機械損作或摩擦損傷的葉片、除認真排除原因外,對可能造成應力集中的裂紋和缺口應進行整修,以防止缺陷擴大。對彎扭變形葉片的加熱整形要慎重,須按材質嚴格控制加熱溫度,防止超溫淬硬,必要時進行回火處理,消除殘余應力和淬硬組織。對異常水刷或腐蝕造成的葉片損傷應查明原因,采取措施,消除不利因素。葉片的焊補和焊熱鬧必須持慎重態度,應按不同材質制定專門焊接工藝方案,通過小型試驗成功后再采用。采取以上措施將能幫助我們把葉片的斷事故控制在最小程度,從而提高汽輪機運行的安全性和經濟性。

  七、汽輪機轉子彎曲
      
   大軸彎曲通常分為熱彈性彎曲和永久性彎曲。熱彈性彎曲即熱彎曲,是指轉子內部溫度不均勻,轉子受后膨脹而造成轉子的彎曲。這時轉子所受應力未超過材料在該溫度下的屈服極限,所以,通過延長盤車時間,當轉子內部溫度均勻后,這種彎曲會自行消失。永久彎曲則不同,轉子局部地區受到急劇加熱(或冷卻),該區域與臨近部位產生很大的溫度差而受熱部位熱膨脹受到約束,產生很大的熱應力,其應力值超過轉子材料在該溫度下的屈服極限,在劇烈摩擦時,些溫度高達650~1300℃,使轉子局部產生壓縮塑性變形。當轉子溫度均勻后,該部位將有殘余拉應力,塑性變形并不消失,造成轉子的永久彎曲。大軸永久彎曲后往往可以發現肇事過程中轉子熱彎曲的高位恰好是永久彎曲后的低位,其間有180°的位差,這也說明了因熱彎曲摩擦而發熱的部位,恰好是受周圍溫度低的金屬擠壓產生塑性形的部位。由此可見,大軸的永久彎曲是由過大的熱應力引起的,往往是由暫時彎曲和摩擦振動引起的。造成大軸彎曲的因素主要有兩大類:
   一是轉子動靜部分嚴重摩擦。大軸旋轉時動撓度子的偏心值成正比,原始的熱撓曲越大,動撓度越大。當轉速小于臨界轉速時,振動的位與轉子質量偏心方向相一致。對于200MW機組,中壓轉子臨界轉速在1680r/min左右,所以在中速以前振動過大時軸的瞬間振動方向與摩擦高位點之間的相位角是小于90°的銳角說明熱變形與轉子原來的偏心方向趨于一致,互為疊加。偏心引起摩擦,摩擦熱變形進一加大偏心,此種情況可以在短時間內使動撓度大大加劇,振動惡化,此處是引起大軸彎曲危險區域。
   二是汽缸進冷汽、冷水,使轉子局部受到急劇冷卻。下面分別加以討論。
   (一)、摩擦振動引起的大軸永久性彎曲機組在啟運過程中,由于下述原因可能引起摩擦:
   1)、轉子熱彎曲,即轉子愛熱不均勻。
   2)、轉子動彎曲,即轉子自身不平衡,引起同步振動。
   3)、汽缸熱撓曲,即汽缸受熱不均勻,上缸溫度大于下缸溫度,引起缸體向上拱背彎曲或者法蘭加熱不足時,汽缸前部呈立橢圓,中部呈扁橢圓,容易引起動、靜部分間隙消失,產行摩擦。
   (二)汽缸進冷汽、冷水機組在啟動過程中,如有冷汽、冷水進入汽輪機,機組將產生激烈振動。這時,下汽缸受到突然冷卻,使得汽缸產生拱背變形,造成通流部份經向間隙消失,使轉子汽封體產生摩擦,轉子無法,盤車被迫停止。轉子在高溫條件下突然受到冷水侵襲,轉子下沖半部受到冷卻,轉子表面急劇收縮,使轉子彎曲,浸入冷水的下半部為凹面,受到沒有冷卻部分的約束,承受拉應力。根據計算,熱態停機后如汽水系統隔離不當而使下部進水,當轉子上下出現200℃的溫差時,冷卻部分的拉熱應力將超過屈服極限。
   (三)防止大軸彎曲的措施:
   1、在基礎技術和管理方面主要值班人員應熟悉掌握以下數據、資料:
   1)、大軸晃度表測點安裝位置,轉子原始彎曲的最大晃動度值和最大彎曲點的軸向位置及圓周方向的相位。
   2)、汽輪發電機軸系各階監界轉速點及正常啟動運行情況的各軸承振動值。
   3)、正常情況下的盤車電流及電流擺動值。
   4)、正常停機時的惰走曲線和緊急破壞真空停機時的隋走曲線。
   5)、停同后正常情況下高壓內外缸及中壓缸上下壁溫度的下降曲線。
   6)、通流部分軸向、徑向間隙。
   2、在運行操作方面:
   1)、汽輪機沖轉前必須符合以下條件,否則禁止啟動:①大軸晃動度下超過原始值的O.02mm。②高壓內缸上下溫差不超過35℃,高壓外缸及中壓缸上下溫差不超過50℃。③主蒸汽、再熱蒸汽溫度至少高于汽缸最高金屬溫度60~100℃,但不應超過額定汽溫,蒸汽過熱度不低于50℃。
   2)、沖轉前進行充分盤車,一般不少于2~4h,并盡可能避免中間停止盤車。
   3)、熱態啟動時應嚴格遵守運行規程中的操作規定,當汽封需要使用高溫汽源時,應注意與金屬溫度相匹配,軸封和管路經充分疏水后方可投汽。
   4)、啟動升速中應有專人監視軸承振動,如果有異常,應查明原因并進行處理。
   5)、機組啟動中,因振動異常而停機后,必須經過全面檢查并確認機組已符合啟動條件,仍要連續盤車4h,才能再次啟動。
   6)、啟動過程中疏水系統投入時,應注意保持凝汽器水位低于疏水擴容器標高。
   7)、當主蒸汽溫度較低時,調節汽閥的大幅度擺動,有可能引起汽輪機一定程度的水沖擊。
   8)、機組在啟、停和變工況運行時,應按規定的曲線控制參數變化。當lOmin內汽溫直線下降50℃以上時,在立即打閘停機。
   9)、機組在運行中,軸承振動一般不應超過O.03mm,超過O.05mm時應設法消除。
   10)、停機后應立即投入盤車。當盤車電流較正常值大、擺動或有異音時,應及時匯報、分析、處理。當汽封摩擦嚴重時,應先改為手動的方式盤車180。待摩擦基本消失后投入連續盤車。當盤車盤不動時,禁止用天車強行盤車。
   11)、停機后應認真監視凝汽器、除氧器、加熱器的水位,防止冷汽、冷水進入汽輪機,造成轉子彎曲。
   12)、停機后應檢查再熱器減溫水閥和I級旁路減溫水閥是否關閉嚴密。13)、汽輪機在熱狀態下,如主蒸汽系統截止閥不嚴,則鍋爐不宜進行水壓試驗如確需進行,應采取有效措施,防止水漏入汽輪機。
   14)、熱態啟動前應檢查停機記錄,并與正常停機曲線比較,發現異常情況應及時匯報處理。

   15)、熱態啟動時應先送汽封,后抽真空,高壓汽封使用的高溫汽源應與金屬溫度相匹配,軸封汽管道應充分暖管、疏水。防止水或冷汽從汽封進入汽輪機。

   八、汽封片的事故及處理方法
      
   汽封片的作用是防止蒸汽泄漏和空氣漏入,一旦汽輪機汽封片變形或者是損壞,就會造成汽輪機內的蒸汽外泄和降低汽輪機出力等問題。隔板汽封片損壞時,通常需要進行更換。引起轉子汽封片損壞的原因主要是金屬塊雜物掉入,因此要防止轉子汽封片損壞,就必須保證在檢修時不能掉人任何雜物;對各零部件進行細致的檢查,不能有任何的質量缺陷;在使用過程中要維護到位,發現異常應該立即停機進行檢修或者是維護。
   九、汽輪機的嚴重積鹽及處理方法
   當水質不佳或者是設備存在缺陷時就會產生鹽垢,鹽垢的產生會導致汽輪機出力急速下降。為了預防積鹽現象的發生,除了需要嚴格監測水質外,還必須對飽和蒸汽和過熱蒸汽的含鹽量進行監測。正常運行時,飽和蒸汽的含鹽量會略高于過熱蒸汽的含鹽量;一旦減溫器穿孔內漏,則飽和蒸汽的含鹽量會低于過熱蒸汽的含鹽量。
   當汽輪機出現嚴重積鹽時,應該先拆開汽輪機的汽缸,吊出轉子和隔板等,用檸檬酸溶液或者是軟水進行清洗,具體說來,檸檬酸溶液進行清洗。將檸檬酸配制成1.5%~2.O%濃度的溶液,加入0.35%的二鄰甲苯硫脲作為緩蝕劑,用蒸汽加熱至90℃~95℃,加氨迅速調節pH值在3.5~4.0,然后用水泵打入汽缸體,在缸體內循環清洗1h,并保持溫度。檸檬酸溶液清洗結束后,需要用水溫超過80℃的軟化水把檸檬酸溶液頂回藥箱,沖洗工作直到進口水質相似或者是相同時才可以結束,軟水進行清洗。將軟水用蒸汽加熱至85℃左右,用泵從排氣管的臨時管打入汽缸體,從調速氣門流出排入地溝,每半小時對出口水的鈉含量進行一次化驗分析,待出口水的鈉含量接近時方可停止清洗。
   十、汽輪機進水及處理方法
   當汽輪機的進汽溫度下降到某一程度時,汽輪機進汽將大量帶水,具體表現為單機運行時頻率和電壓下降,并列運行時出力顯著降低,有時水沖擊還會導致葉片的折斷和軸向推力的增加,甚至使推力軸承的軸瓦鎢金融化,造成流通部分的嚴重磨損和碰撞。導致汽輪機進水的原因,主要是由于鍋爐的運行異常,如鍋爐氣溫過低,鍋爐汽包滿水等。當汽輪機進水時,必須立即故障停機,迅速破壞真空,并把新蒸汽管道和汽輪機本體的全部疏水門打開,同時檢查推力軸承鎢金溫度和回油溫度,正確記錄惰走時間和惰走時真空的變化情況;惰走時認真傾聽汽輪機內部聲響,測量軸向位移數值。若是一切正常,沒有發生異常情況,那么可以繼續啟動汽輪機,如啟動時汽輪機內部有摩擦聲或碰撞聲,則必須立即停止啟動,停下汽輪機進行檢修。
   十一、汽輪機異常振動及處理方法
   首先,氣流激振引發的異常振動。汽輪機氣流激振主要是由于葉片受到不均衡氣流沖擊引起的,其具有兩個主要特征,一是出現較大量值的低頻分量,二是振動的增大受運行參數的影響明顯,且增大應該呈現突發性。汽輪機氣流激振常用的維護方法是采取不斷地調節整個機組的給水量、調整整個高壓調速的氣門等,最后再確定機組產生這種氣流激振的具體狀態,采用減低負荷變化率和避開產生氣流激振的負荷范圍的方式來避免氣流激振的產生。
   其次,轉子熱變形引發的異常振動。轉子熱變形也可以引發汽輪機的異常振動,當一倍頻振幅的增加與轉子溫度和蒸汽參數存在密切關系時,且機組冷態啟機定速符合后,機組就會發生異常振動。針對轉子熱變形引發的異常振動,采取的解決方法是通過更換新的轉子以減少機組的異常振動。
               
     
  總結:
汽輪機運行期間發生故障是一種無法完全避免的必然狀況,但是可以對容易損壞的部件進行定時間的清洗、定時間的替換、定時間的檢查來減小故障發生的概率。這些都需要相關部門進行相關的管理手段和處理手段,對經常發生故障以及發生故障位置進行全面的統計,并且準備相對應的處理措施,以方便在出現故障的時候可以快速有效的進行處理和解決,除此之外,在修檢的過程中都要有良好的習慣,按規則進行處理,并在處理過程中吸取經驗。

2021年7月3日 11:15
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