汽轮机喷嘴常见损坏形式及处理办法

引言

喷嘴组是汽轮机中的重要部件,其与调节阀门相连,对通流部门的进汽流起到调节作用,又被称作调节级喷嘴组。由于我国300MW汽轮机的引进时间为20世纪80年代,600MW汽轮机的引进时间为20世纪90年代,受当时设计、制造和安装等局限的影响,我国在运300MW、600MW汽轮机普遍存在实测值远小于设计值的问题。额定工况下,汽轮机调节级喷嘴组的功率约占高压缸功率的20%,约占整机功率的6.2%,因此如果喷嘴组效率低,整机效率就势必严重低于理论值。为此,许多电厂开始更换汽轮机喷嘴组,仅龙威公司改造的机组就有lww多台,本文主要对改造过程中遇到的喷嘴组损坏形式及处理办法进行探讨,以供相关单位参考。

1问题分析

汽轮机机组在长时间运行过程中,喷嘴组很容易因为各种原因而损坏,导致喷嘴组叶片损伤。

1.1机械损坏

机械损坏包括异物进入通流部分,通流部分的零件损坏等,都会造成叶片损伤,如图l、图2所示。

图1喷嘴表面损坏

图2喷嘴有异物进入

1.2腐蚀和锈蚀损坏

腐蚀和锈蚀损坏主要是指由于水质不良,化学处理不充分,喷嘴组叶片表面造成的侵蚀及停机不当造成的锈蚀,叶片表面的粗糙度提高后,抗振能力就会降低,还可能造成应力集中,从而使叶片损坏速度加快。

1.3水击损坏

水击损坏包括蒸汽带水、加热器满水、汽缸积水和蒸汽湿度过大造成的水冲击和水刷损坏。

1.4喷嘴组设计缺陷

喷嘴组设计缺陷主要是指喷嘴组设计使用的应力过高或设计结构不良,从而加速了叶片损坏:设计使用不当的材质,如材质的抗疲劳、抗振性能以及高温强度不符合材料技术规范要求等。

1.5运行维护不当

运维不当是指汽轮机或部分分级段超负荷运行、蒸汽参数设置过高或者设置过低以及蒸汽品质不良,引起应力腐蚀等,造成叶片损坏。

2喷嘴组叶片损坏的危害

(1）机组运行的经济性下降。因为喷嘴组叶片损坏,导致通流面积变化,同时气流方向发生变化,效率降低。由于喷嘴组锈蚀、结垢,导致蒸汽摩擦力增大,调节级效率降低。

(2）安全隐患。因为气流沿周向运动不平衡,容易造成蒸汽不稳定切向力分力增大,使轴承的稳定性降低,严重时会引起气流激振。这种气流激振严重时将导致机组的振动增大和叶片损坏。叶片损坏后,其叶片碎片会进入后续通流部分,可能击伤后面的动叶片及静叶片,引起连锁反应。

3解决方案

近年来,随着对喷嘴组现状的不断分析研究,针对不同状况,需要采取不同的处理办法。

3.1取出异物

对于进入蒸汽室的异物,要及时想办法取出。一般是从出汽侧,利用长簪子和锤子将卡在喷嘴组的异物取出。一般以顶丝居多,其余有如图2所示的蜂窝状固态物、螺钉等。在龙威的改造过程中,甚至遇到过将检修工具带入喷嘴组的极端情况。3.2抛修喷嘴组

对于锈蚀的喷嘴组,可以进行喷砂处理。经过喷砂处理后,能去除大部分靠近出汽侧的锈蚀及结垢。对于难以去除的部分,可以让钳工进行抛修,能去除靠近出汽侧绝大部分锈蚀及结垢。除锈后,对喷嘴组出气边进行着色探伤,检查有无裂纹。发现裂纹要及时处理,避免出现问题。

3.3喷嘴组本身的缺陷

对于喷嘴组本身的缺陷,应更换新的喷嘴,此方法最为彻底有效。该办法不仅能消除隐患,还能在机组原先的基础上,优化喷嘴组结构,提高机组效率。

(1）早期机组喷嘴组采用1Cr12Mo和类似1Cr13的材料,其使用温度为450℃左右,但喷嘴组实际工作温度在530℃以上。在长时间的高温高压环境下运行,喷嘴组材料会产生蠕变,导致喷嘴组叶片的出汽边损坏。现在新设计的200Mw、300Mw喷嘴组材料为1Cr12w1MoV。此材料可在600～650℃下长期使用。600Mw喷嘴组材料变为2Cr12NiMo1w1V,用于汽轮机动叶片、围带、螺栓等零件制作时,其工作温度在570℃以下。当应用于低应力抗氧化零件时,其工作温度为750℃。

(2）在新喷嘴采用更高等级材质的同时采用新技术,优化子午面收缩型线及通道收缩比,减少叶栅的二次流损失:适当缩小喷嘴组的出口面积,减少阀门损伤,提高调节级效率。

(3）增加汽封齿数、减小汽封径向间隙,降低采用新结构,增加汽封齿数量,减少漏气量。当泄漏蒸汽量减少后,泄漏蒸汽对主流的干扰也大为减弱。

(4）改进喷嘴组的安装工艺。对旧的汽缸本体进行加工,车加工喷嘴组与高压缸连接面及定位圆,然后根据车加工数据喷车喷嘴组。安装时,根据车后的高压缸定位圆及定位面定位,安装后在车床上找正汽缸圆度≤0.05mm,然后根据实测转子叶轮直径配车喷嘴组汽封齿,使安装后汽封齿与叶轮间隙在0.5～0.6mm。此种方法还能保证喷嘴组与转子在安装后具有良好的同心度。

3.4加强运行管理

水击事故是汽轮机运行中最危险的事故之一,运行人员必须对其进行迅速、准确判断。水击事故主要判断依据是主温度是否急剧下降,同时检查汽缸上缸的温度变化作为辅助判定依据。为了预防水击事故,要做好以下四个方面工作:(1）首先严格监视主蒸汽温度、压力,同时保持与锅炉运维人员的联系:(2）其次锅炉主汽温度在500℃以上才能并入系统,并列时应按要求缓慢进行,不能使运行机组气温下降超过5～10℃,否则要等气温回升再继续并汽:(3）并汽时应正常暖管,并且充分疏水:(4）如果加热器钢管破裂,应迅速手动"高加解列",关闭主汽门,给水走旁路,停运故障加热器。

针对运行管理问题,要严格执行汽轮机运行规程,严禁违反规程操作:加强日常考核监管,发现问题及时处理。

4结语

近年来,根据国家节能减排总体要求,一些机组陆续进入大修周期,在大修过程中,会遇到各式各样的问题。本文针对汽轮机喷嘴组改造过程中遇到的问题,进行了简要汇总分析,希望能给遇到同类问题的人员提供参考。