汽轮机轴系损坏事故案例分析

汽轮机轴系损坏事故案例分析汽轮机轴系损坏事故案例分析 事故机组概况 阜新电厂 01 号汽轮机 ccl140 n200 一 12 7 535 535 型 超高压一次中间再热两段抽汽凝汽式机组 由哈尔滨汽轮机厂 制造 出厂日期 96 年 出厂编号 72n9 发电机型号 qfsn 一 2002 出厂编号 360237 出厂日期为 95 年 10 月 由哈尔滨电 机厂制造 锅炉型号为 hg 一 670 13 7 一 yml6 出厂编号 2339 出厂日期 1995 年 3 月 由哈尔滨锅炉厂制造 该机组 1996 年 3 月安装 96 年 11 月 2 日首次并网发电 同年 12 月 18 日正式移交生产 到 8 月 19 日事故时止 累计运 行 15151 小时 发电量 27 06 亿千瓦时 事故经过 1999 年 8 月 19 日 0 时 20 分 运行五值接班 机组负荷为 155mw 运行 零时 30 分 值长令加负荷到 165mw 1 时整 值长令加负荷到 170mw 主蒸汽压力为 12 6mpa 主蒸汽温 度 535 蒸汽流量 536 9 吨 时 47 分 30 秒 高 中压主汽门关闭 抽汽逆止门关闭光字 牌报警 监盘司机喊机跳了 47 分 32 秒 交流 直流润滑油 泵联动良好 47 分 37 秒 发电机出口开关 5532 跳闸 有功负 荷到 0 6kv 厂用电备用电源联动成功 值长来电话向单元长询问情况 单元长告 01 号机 发电 机跳闸 值长当即告 立即查明保护动作情况 对设备详细检 查 有问题向我汇报 单元长令 汽机 电气人员检查保护及 设备情况 司机助手到保护盘检查本特利保护 回来后向单元 长汇报 没有发现异常 汽机班长检查完设备汇报单元长说 设备检查没问题 电气班长确认后汇报 发电机跳 6kv 厂用 正常联动备用电源 电气保护无动作 只有热工保护动作光字 牌来信号 单元长向值长汇报 检查保护和设备都没发现问题 值长 告 如无异常 可以恢复 随即单元长告汽机班长 汽机挂闸 保持机 3000 转 分 汽机班长到就地机头处操作 手摇同步器 由 30mm 退至到 0 位 同时令司机助手去检查设备情况 助手 回来后汇报 机组检查正常 主轴在转动中 这时班长操作同 步器增加行程时发现高 中压主汽门未开 告助手去复归热工 保护动作自保持复归按钮 当检查就地压力表立盘时发现调速 油压很低 对从控制室返回来的助手说 把调速油泵转起来 调速油压恢复后 汽机班长到机头再次挂闸 逐步增加同 步器行程 高 中压主汽门开启 行程达 8mm 时回到主控制室 准备用电调升速 设定目标转速 3000r min 升速率为 300r min min 按进行键 此时转速实际值未能跟踪目标值 同时高 中压主汽门关闭信号光字牌亮 汽机班长根据经验分 析认为电调不正常 向单元长汇报 并请示切液调运行 单元 长同意 汽机班长到机头处将同步器退到 0 位 通知司机将电调切 为液调运行 挂闸后同步器行程为 8mm 时 高压主汽门已开启 达 11 mm 时 转速表显示 100r min 左右 1 时 56 分 30 秒 当准备检查调速汽门开度时 听到主汽门关闭声 同时一声巨 响 发电机后部着火 机组严重损坏 设备损坏情况 1 轴系 1 轴系断为 11 段 10 个断裂面 其中 5 处为轴断裂 4 处 为对轮螺栓断裂 l 处为齿型联轴器失效 2 中压转子电侧轴端在轴封 r 角处断裂 断轴长约 1 8m 飞出距离 llm 3 低压转子机侧轴端在轴颈与油挡过渡处断裂 断轴长约 lm 发电机机侧轴端在轴颈处断裂 断轴长约 1 5m 飞落约 35m 远 4 中 低压转子半挠性波纹联轴器两端断裂并成碎块 5 主油泵与主轴间齿型联轴器内 外齿损坏失效脱开 6 低压转子与发电机间 发电机与励磁机间对轮螺栓断裂 2 轴瓦 1 3 4 瓦瓦体 瓦盖打坏 轴承箱上部破裂移位 2 5 6 瓦瓦体 瓦盖 轴承箱全部损坏 3 6 7 瓦全部破裂 移动 4 励磁机前瓦损坏 后瓦瓦盖损坏 瓦体损坏 隔板 叶轮及叶片 1 高压缸叶顶汽封磨损 隔板和轴端汽封严重磨损 2 中压缸第 21 级叶片复环局部脱落 第 22 级全级叶片叶顶磨损 约 10mm 3 低压缸转子 27 级叶片距叶顶断掉约 200mm 32 级叶片有 27 片距叶型底部 15mm 处断 主 辅设备 高 中缸猫爪横销翘起 立销不同程度损坏 缸体位移 低压缸逆流侧上缸左侧破裂为 100x300mm 的孔洞 排汽缸 上缸右侧破裂约为 300x 700mm 的孔洞 下缸右侧中分面下部 破裂约为 1000x1000mm 孔洞 低压缸顺流侧下缸左侧破裂约为 150x300mm 孔洞 发电机定子底部局部扫膛 转子槽楔全部磨损 发电机励 侧上端盖破损 中 低压缸导汽管机侧左部被击穿约 300x1000mm 的孔洞 中部右侧断裂约 1000mm 电侧左部被击穿约为 300x1000mm 的孔洞 盘车装置损坏 定子线圈飞出 a 排墙外 齿形圈飞出约 25m 中压调速汽门操纵座折断倾倒 设备损坏的经济损失超过千万元 事故原因分析 齿型联轴器失效是事故的起因 齿型联轴器由左 右外齿轴套和左 右内齿套筒构成 事故机组在 98 年 8 月 25 日进行第一次大修 发现主油泵 齿型联轴器外齿的齿宽磨损严重 对齿型联轴器进行了更换 根据中国科学院金属研究所对事故齿型联轴器材质的检测 左 右内齿和左外齿材料为 38crmoai 基体热处理和表面渗氮 处理均不合格 齿表面渗氮缺陷严重超标 右外齿错用材料为 32cr3mov 使右内 外齿材料不相匹配 是齿型联轴器低寿命 失效的主要原因 结构设计造成的润滑不良 加速了齿型联轴 器的低寿命失效 此外 齿型联轴器装配的实际尺寸与图纸有 偏差 可能使内外齿更易磨损 齿型联轴器的失效 在运行中造成主油泵小轴与汽轮机主 轴脱开 主油泵停止工作 转速失去监测 调节系统失控 几种因素偶合的特殊工况致使低压缸铸铁隔板在压力波冲 击作用下碎裂是轴系损坏的主要原因 由于主油泵不能工作 调速油压低 中压主汽门前压力高 转速失去监测 调节系统失控等条件的偶合 导致机组起动时 中压汽门迟后于高压汽门而突然全开的特殊工况 根据清华大 学应用振荡流体力学原理的计算结果 在中 低压缸瞬时进入 300t h 一 600t h 蒸汽所产生的压力波冲击下 低压各级隔板 级间最大压差均为设计压差的 10 倍以上 通过对低压铸铁隔板破坏性试验结果表明 导叶屈服时的 加载力约为设计压差的 6 5 倍 隔板损坏时的加载力约为设计 压差的 10 倍 试验与计算结果相一致 因此 低压缸铸铁隔板 的碎裂损坏 使静 动部件严重碰磨 机组发生强烈振动 是 转子断裂 轴系破坏的主要原因 运行人员缺乏正确的判断能力 是偶发中压缸瞬时进入大 量蒸汽特殊工况的主要原因之一 齿型联轴器的失效 导致转速失去监测 调节系统失控 中压缸瞬时进入大量蒸汽特殊工况 这种情况在国内从未发生 过 现场运行人员对此缺乏正确的判断能力 对转速表的异常 指示没能做出全面的综合分析 运行人员认为无异常 仍按正常 操作程序进行起动 是发生中 低压缸瞬时进入大量蒸汽特殊 工况的条件之一 事故性质和责任分析 1 齿型联轴器的失效是事故的起因 由于齿型联轴器质量 低劣 材料处理工艺不合格及错用 导致齿牙严重磨损 折断 变形损伤 造成齿型联轴器低寿命失效 使主油泵轴与汽轮机主 轴脱开 导致发电机跳闸 机组甩负荷转速失去监测 调节系 统失控 因而制造厂家哈尔滨市汽轮机辅机工业公司对此负主 要责任 2 阜新发电有限责任公司对齿型联轴器的失效 导致转速 失去监测 调节系统失控未能做出正确判断 对机组的再次启 动应负直接责任 阜新发电有限责任公司 厂 分厂 生技处 安监处 值长组等相关领导应负领导责任 当班值长 单元长 汽札班长 汽机司机对机组启动应分别负指挥 操作的直接责 任 3 设计 制造 运行单位对这种特殊工况的产生条件研究 不够 未能在现有技术水平上加以避免 从而发生隔板损坏 进而导致轴系破坏的严重后果 应承担一定的责任 事故性质 阜新发电有限公司 8 19 轴系损坏事故是一起由设备质量 技 术等综合原因偶合引发的重大责任事故 暴露问题 1 通过实际测量 解剖检查等表明 低压缸隔板大部分导 叶插入深度不够或浇铸接合不好 尤为突出的是浇铸的静叶销 钉充满度不好 降低了导叶与隔板和外环的连接强度 在事故 中使导叶从叶根或叶顶处拔出 脱落 2 中压转子表面存在加工缺陷和早期裂纹 导致应力集中 材料的抗疲劳能力及寿命大幅度降低 在机组异常工况下极易 损坏 是事故的隐患 3 汽机运行规程不严密 对齿形联轴器损坏脱开 导致转 速失去监测 调节系统失控 从现象到判断处理 没有明确规 定 使运行人员只能凭个人分析去处理 4 培训工作不扎实 没有突出岗位培训的特点 缺乏相应 的专业技术内容 造成运行人员经验不足 在紧急故障情况下 应变能力差 综合分析 判断能力不够 防范措施 1 齿型联轴器是汽轮机极为重要的部套 其磨损现象在国 内较为普遍 对其设计 制造质量 必须高度重视 要认真总 结设计中的问题 严格控制制造 加工质量 应有防止内齿套 筒相对位移过大的措施 进一步改善齿的润滑状况 严禁错用 材料 严格规范材料的处理工艺 确保齿型联轴器使用的安全 性 可靠性 2 加强备品配件的质量管理工作 按标准认真检 验各项指标 严把备品配件及设备质量关 防止不合格的备品 备件进厂 进而保证备品备件的安全可靠性 3 铸铁隔板在国 产 200mw 机组上被广走使用 其制造 加工工艺要求较高 尤其是导叶的插入深度 浇铸结合的程度以及设计的型线等 一般较难控制 在正常运行中虽未发生过大的问题 但在异常 工况下容易损坏 为提高运行的安全性和经济性 建议制造厂 在新造机组时考虑将铸铁隔板改为焊接隔板 以提高抗冲击能 力 4 加强技术培训 提高人员素质 人员素质与生产和技术 的发展水平不相适应是普遍现象 尤其是青工较多 经验不足 的现状 要加强人员的岗位技术培训 建立严格的技术考核制 度 提高运行人员对一般事故和特殊事故的判断 应变能力和 水平 5 加强技术管理 杜绝事故隐患 设备的健康水平是保证 机组安全运行的先决条件 无论大小缺陷均要查明原因 及时 消除 决不可放过 要对 200mw 机组的齿形联轴器进行一次 全面的检查 发现问题及时处理