汽轮机的寿命管理

1、第四章第四章 汽轮机的寿命管理汽轮机的寿命管理 一、汽轮机寿命的概念： 由于现代汽轮机的转子与汽缸等其它零部件相比，转子工作条件比较恶劣，往往裂纹首先从转子上产生，因此通常所指汽轮机的寿命亦即转子的寿命。 有效寿命：从汽轮机投运开始直至转子在应力集中处出现第一条通过低倍放大镜、用肉眼可观察到的初始宏观裂纹的工作期间称为汽轮机的有效寿命。 裂纹约0.5mm长，0.15mm深。 转子发生初始宏观裂纹之后，并非必须立即报废，因为由初始宏观裂纹发展到即将断裂的临界裂纹，还需经历相当长的过程。 残余寿命：自初始宏观裂纹扩展到临界裂纹为止的工作时间称为转子的残余寿命。 全寿命或总寿命：转子有效寿命和残余寿

2、命的总和即为转子的全寿命或总寿命。 二、汽轮机的寿命损耗： 1、材料的高温蠕变对寿命的损耗 汽轮机运行时，汽缸、转子等部件是在一定温度下承受一定的压力，金属材料会发生缓慢的塑性变形，即蠕变。长期蠕变积累会导致转子产生裂纹。 考虑转子在稳定负荷运行时高温蠕变对寿命的损耗。对于带基本负荷的机组，每年运行小时以7000h计算，30年期间高温蠕变损伤率约为25%，对于带尖峰负荷的机组，年运行小时以4800计算，30年期间高温蠕变损伤率约为20%左右。 2、低周波疲劳对寿命的损耗： 汽轮机的启动、正常运行、停机、再启动，或正常运行中的负荷变动，部件都将经历一个温度循环，在这个温度循环中，转子承受交变应力

3、，每一次循环将引起部件的寿命损耗。这种循环称为低周波疲劳损耗。 转子温度变化量和温度变化率越大，引起转子内部热应力也越大，对转子的寿命损耗也越大。 一般低周波疲劳对寿命的损耗分配额为60%左右。 3、随机和突发事件引起的寿命损耗 汽轮机启停、负荷变动等工况下负荷扰动引起机组大幅度负荷波动以及由于不定因素引起的汽温波动、短时超限振动等因素也要引起转子寿命损耗。但这些随机性的损伤因素难以预测，根据国外有关文献报道，多数建议将这类损耗以20%计。 4、 转子寿命可用系数M 转子寿命可用系数M=高温蠕变寿命损耗率+低周波疲劳损耗率 实际使用时，应使M小于1，这个小于1的数称为机组的寿命可用系数，指的是

4、在转子全寿命中（断裂寿命）可安全使用的百分比，此值的确定与机组制造工艺水平、设备价格、启动应力、载荷性质等有关。我国早期推荐机组可用系数为60%左右。国外推荐机组可用系数为80%左右。 为了保证汽轮机在服役年限（我国尚无明确规定，跟据粗略统计为30年左右）内安全运行，应制定汽轮机寿命分配方案，即事先给定在服役年限内启停和工况变化的次数。机械工程手册调峰篇推荐的寿命分配数据（以设计寿命机械工程手册调峰篇推荐的寿命分配数据（以设计寿命30年计算）年计算）运行方式损耗率（）运行次数累计运行次数寿命损耗累积（）冷态启动0.054次年1206温态启动0.011次年300.3热态启动0.01200次年60

5、0060大修前停机0.053年一次100.5甩负荷带厂用电0.103年二次202大幅度变负荷400.00550次年15007.5小幅度变负荷25 0.00025530次年16500480.362.2三、汽轮机的寿命管理： 1、合理分配和使用汽轮机寿命 （1）汽轮机设计寿命分配一般取决于汽轮机的结构和使用特点、启停次数、启停方式、工况变化、甩负荷带厂用电的次数等。要根据不同机型及其运行方式进行分配。 （2）在汽轮机设计寿命年限内，根据制造厂提供的寿命管理曲线一般分配蠕变寿命损耗占20%，疲劳寿命损耗占60%。其余20%以备突发性事故。 （3）制定寿命分配方案时，应首先确定机组带负荷的性质，以带基

6、本负荷为主的机组，因其终生启停次数较少，每次启停可以分配给较高的寿命损耗率，亦即可以采用较高的温升率，以获取最大的经济效益；对于调峰机组，由于启停次数较多，每次启停应分配较低的寿命损耗率。 带基本负荷的汽轮机，每次冷态启动的寿命损耗率可以分配的大一些，一般控制在0.05%/次；调峰机组的寿命损耗主要消耗在热态启停中，每次启停的寿命损耗率可以分配的小一些，一般为0.01%/次 2、汽轮机转子寿命的监测与管理 （1）每台汽轮机以制造厂提供汽轮机寿命管理曲线（寿命可用系数 ）为依据，绘制各种工况启动曲线 。 （2）每台汽轮机应建立并逐步完善转子寿命损耗数据库，根据制造厂提供的寿命管理曲线（寿命可用系

7、数 ）进行控制，使汽轮机寿命损耗处于受控制状态，以便指导运行人员进行开停机操作和运行参数调整及对异常工况的处理 。 3、减少汽轮机转子寿命损耗的原则 （1）启动中预防汽轮机转子脆性损伤 1）启动时应根据汽缸金属温度水平合理选择冲转蒸汽参数和轴封供汽温度，严格控制金属温升率。2）一般以中压缸排汽口处金属温度或排汽温度为参数，判断转子金属温度特别是中压转子中心孔金属温度是否已超过金属低温脆性转变温度（FATT）。3）汽轮机冷态启动时，有条件的可在盘车状态下进行转子预热，变冷态启动为热态启动。4）如制造厂允许，可以采用冷态中压缸启动方式，以改善汽轮机启动条件。5）危急保安器超速试验，必须待中压转子末

8、级中心孔金属温度达到FATT以上方可进行，一般规定汽轮机发电机组带10%25%额定负荷定暖机至少4h 。 （2）运行中减少汽轮机转子寿命损耗 1）避免短期时间内负荷大幅度变化，严格控制运行中转子表面工质温度变化率在最大允许范围内。2）严格控制汽轮机甩负荷后空转运行时间。3）防止主、再热蒸汽温度及轴封供汽温度与转子表面金属温度严重失配。（、4）在汽轮机启动、运行、停机及停机后未完全冷却之前，均应严防湿蒸汽、冷汽和水进入汽缸。 （3）加强可靠性管理，减少汽轮机寿命损耗 1）可靠性指标不仅反映了设计、制造、安装水平和质量，是技术改造和技术进步的重要依据；还直接反映了发电厂运行管理及设备维修状况，是现

9、代汽轮机运行管理的重要内容。 2）汽轮机设备大都是可维修的，其寿命分配也有很大共性。在汽轮机使用寿命年限内，通过可靠性统计分析，可以找出检修维护不当造成的寿命损耗，从而改善运行操作方法和检修维护方案，逐步由被动检修转变为状态监测和预知性维修，提高设备等效可用系数（EAF），减少等效强迫停用率（EFOR），减少维修费用，延长气轮机的使用寿命，取得更大安全经济效益 。 资料：资料： 什么是脆性转变温度？发生低温脆性断裂事故的充分必要条件什么是脆性转变温度？发生低温脆性断裂事故的充分必要条件是什么？是什么？ 脆性转变温度是指在不同的温度下对金属材料进行冲击试验，脆性断口占试验断口的5%时的温度，用FATT表示。当温度低于某一