某电厂百万汽轮机事故原因分析和处理方案20150325

1、 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司2015年3月某电厂汽轮机事故原因分析及解决方案u 某电厂4#汽轮机是由哈汽东芝联合设计制造的超超临界1000MW汽轮机。汽轮机为一次中间再热、四缸、四排汽（双流低压缸）单轴、冲动凝汽式汽轮机，型号：N1000-25/600/600。高、中压第一级隔板、动叶片，低压末三级高、中压第一级隔板、动叶片，低压末三级动叶片及末级隔板由东芝公司供货，其余由哈汽供货。动叶片及末级隔板由东芝公司供货，其余由哈汽供货。级数：HP：II+9；IP：27；LP：226；共48级。 u 事故简述：3月18日揭缸检查发现中压电端第2级隔板导叶片整圈脱落，第2级动叶片整圈全部从根部断裂,中压

2、转子电端第2级轮缘处有较严重损坏,中压第1级动叶片出汽边损伤严重。u 原因分析： 汽轮机形式为冲动凝汽式。冲动式汽轮机由于其工作原理，静叶前后存在很大汽轮机形式为冲动凝汽式。冲动式汽轮机由于其工作原理，静叶前后存在很大的压差，需设计成隔板结构。本台机组隔板采用焊接结构，隔板由外环（件的压差，需设计成隔板结构。本台机组隔板采用焊接结构，隔板由外环（件1）、）、外围带（件外围带（件2）、静叶片（件）、静叶片（件3）、内围带（件）、内围带（件4）、隔板体（件）、隔板体（件5）和附属的紧固）和附属的紧固件等组成。铣制成型的静叶片嵌装在加工有叶型孔的内外围带上，焊成环形静叶件等组成。铣制成型的静叶片嵌装

3、在加工有叶型孔的内外围带上，焊成环形静叶栅，然后再将静叶栅与隔板外环和隔板体焊在一起。栅，然后再将静叶栅与隔板外环和隔板体焊在一起。 原因分析： 装焊隔板时通过下列方式进行装配焊接。导叶插入到内外围带的孔中，通过角焊进行固定。然后将静叶与外环和内环进行焊接。静叶隔板的结构围带u 原因分析 本机组蒸汽参数高，主蒸汽压力达到25Mpa，主蒸汽温度达到600，所以汽轮机单级焓降很大。汽轮机采用冲动式，动叶前后基本没有压差，而隔板需承受该级的全部压力差，使得隔板外环和板体需要有很大的厚度，以保证有足够的强度能够承受前后的压差，同时避免产生变形。但宽厚的外环和隔板体也加长了焊接焊缝的长度，使焊接质量控制

4、困难，中压第2级隔板的焊缝长度超过120mm（如图所示）。122123u 原因分析 经调查，在此机组出产时，哈汽缺少窄间隙自动焊设备，高、中压隔板采用普通气体保护焊机配加长焊嘴方式焊接。此种焊接方式焊枪不能摆动，存在焊接后导叶片、隔板体焊接部位融合不良，焊接质量存在隐患。造成导叶在蒸汽压力作用下，从围带中脱落，隔板体缺少导叶支撑，在压力作用下，向第2级叶轮方向移动，与转子发生碰摩，同时使得导叶向动叶移动，磕碰动叶片。汽流方向级号级号进汽侧焊口深度进汽侧焊口深度出汽侧焊口深度出汽侧焊口深度高压高压2 2级级1231237777高压高压3 3级级1611615151高压高压4 4级级1441445

5、353高压高压5 5级级85855353高压高压6 6级级84845353高压高压7 7级级71715353高压高压8 8级级51515454高压高压9 9级级60605454高压高压1010级级50505858中压中压2 2级级1231236464中压中压3 3级级1101105555中压中压4 4级级61616363中压中压5 5级级70706060中压中压6 6级级87876161中压中压7 7级级75755858低压低压1 1级级113113低压低压2 2级级67675656低压低压3 3级级85856060低压低压4 4级级1181185656隔板强度隔板强度级号级号导导 叶叶板板

6、体体应力应力(MPa)(MPa)挠度挠度(mm)(mm)应力应力(MPa)(MPa)挠度挠度(mm)(mm)101101高压高压10210245.96245.9620.1770.17727.92927.9290.250.25高压高压103103138.697138.6970.7440.74474.47774.4771.0471.047高压高压104104142.02142.020.8730.87379.53179.5311.2271.227高压高压105105156.522156.5221.9931.993142.167142.1672.8232.823高压高压106106155.935155

7、.9351.7971.797128.195128.1952.542.54高压高压107107174.428174.4282.632.63162.937162.9373.7233.723高压高压108108161.281161.2811.8511.851121.04121.042.612.61高压高压109109170.349170.3493.6283.628181.052181.0525.1435.143高压高压110110165.315165.3152.9622.962151.537151.5374.1914.191高压高压级号级号导导 叶叶板板 体体应力应力(MPa)(MPa)挠度挠度(m

8、m)(mm)应力应力(MPa)(MPa)挠度挠度(mm)(mm)111111中压（调端中压（调端1 1）11211275.73175.7311.171.1766.32866.3281.6641.664中压（调端中压（调端2 2）113113108.24108.241.5311.53177.43377.4332.172.17中压（调端中压（调端3 3）11411466.15166.1511.3571.35766.15366.1531.9271.927中压（调端中压（调端4 4）115115209.656209.6561.7071.70767.03567.0352.3612.361中压（调端中压（

9、调端5 5）116116227.521227.5212.1112.11169.92569.9252.8932.893中压（调端中压（调端6 6）117117205.363205.3632.2652.26569.97169.9713.0953.095中压（调端中压（调端7 7）118118中压（电端中压（电端1 1）11911975.73175.7311.1471.14765.42165.4211.631.63中压（电端中压（电端2 2）120120108.24108.241.4831.48375.73275.7322.1012.101中压（电端中压（电端3 3）12112166.15166.1

10、511.3231.32364.99864.9981.8781.878中压（电端中压（电端4 4）122122209.656209.6561.5731.57362.99262.9922.1692.169中压（电端中压（电端5 5）123123227.521227.5212 267.02167.0212.7342.734中压（电端中压（电端6 6）124124205.363205.3632.2492.24969.60169.6013.0733.073中压（电端中压（电端7 7）级号级号导导 叶叶板板 体体应力应力(MPa)(MPa)挠度挠度(mm)(mm)应力应力(MPa)(MPa)挠度挠度(mm

11、)(mm)12512563.54163.5410.4380.43822.46922.4690.6180.618低压低压1 1 （调端（调端1 1）12612659.42559.4252.3942.39475.09775.0973.5263.526低压低压1 1 （调端（调端2 2）127127168.217168.2171.8981.89849.72649.7262.6922.692低压低压1 1 （调端（调端3 3）12812857.42257.4220.5950.59515.215.20.8220.822低压低压1 1 （调端（调端4 4）12912940.32640.3260.4270.

12、4276.5016.5010.5370.537低压低压1 1 （调端（调端5 5）13013046.20646.2060.7890.7893.2483.2480.860.86低压低压1 1 （调端（调端6 6）13113163.54163.5410.3920.39220.76320.7630.5520.552低压低压1 1 （电端（电端1 1）13213259.42559.4252.4352.43575.96475.9643.5863.586低压低压1 1 （电端（电端2 2）133133168.217168.2172.0362.03652.46252.4622.8962.896低压低压1 1

13、 （电端（电端3 3）13413457.42257.4220.660.6616.57316.5730.9180.918低压低压1 1 （电端（电端4 4）13513540.32640.3260.4430.4436.8036.8030.5610.561低压低压1 1 （电端（电端5 5）13613646.20646.2060.7890.7893.2483.2480.860.86低压低压1 1 （电端（电端6 6）级号级号导导 叶叶板板 体体应力应力(MPa)(MPa)挠度挠度(mm)(mm)应力应力(MPa)(MPa)挠度挠度(mm)(mm)13713763.54163.5410.4430.44

14、322.65322.6530.6250.625低压低压2 2 （调端（调端1 1）13813859.42559.4252.1392.13969.56469.5643.1493.149低压低压2 2 （调端（调端2 2）139139168.217168.2171.7051.70545.76145.7612.4072.407低压低压2 2 （调端（调端3 3）14014057.42257.4220.5870.58715.02615.0260.810.81低压低压2 2 （调端（调端4 4）14114140.32640.3260.4420.4426.7816.7810.5590.559低压低压2 2

15、 （调端（调端5 5）14214246.20646.2060.80.83.4353.4350.8770.877低压低压2 2 （调端（调端6 6）14314363.54163.5410.3580.35819.48319.4830.5040.504低压低压2 2 （电端（电端1 1）14414459.42559.4252.4342.43475.94275.9423.5843.584低压低压2 2 （电端（电端2 2）145145168.217168.2170.570.5716.54716.5470.7290.729低压低压2 2 （电端（电端3 3）14614657.42257.4220.729

16、0.72917.96317.9631.0191.019低压低压2 2 （电端（电端4 4）14714740.32640.3260.4650.4657.1987.1980.5930.593低压低压2 2 （电端（电端5 5）14814846.20646.2060.80.83.4353.4350.8770.877低压低压2 2 （电端（电端6 6）推定损伤发展过程示意图推定损伤发展过程示意图u 推定损伤过程 推定损伤发展过程如下：推定损伤发展过程如下：（1 1）静叶根部和顶部部分脱离；）静叶根部和顶部部分脱离；（2 2）内环移向第）内环移向第2 2级叶轮；级叶轮；（3 3）内环接触到第）内环接触到

17、第2 2级叶轮进汽侧；级叶轮进汽侧；（4 4）内环外侧和叶轮前侧因转子转动摩擦而磨损；）内环外侧和叶轮前侧因转子转动摩擦而磨损；（5 5）由于内环和叶轮之间摩擦产生的回转力造成静叶脱离；）由于内环和叶轮之间摩擦产生的回转力造成静叶脱离；（6 6）脱离的静叶卡住第）脱离的静叶卡住第2 2级动叶，而第级动叶，而第2 2级动叶正在以转子相同的转级动叶正在以转子相同的转速运动；速运动；（7 7）第）第2 2级动叶因撞击损坏；级动叶因撞击损坏；（8 8）损坏的动叶卡住第）损坏的动叶卡住第2 2级静叶和动叶。级静叶和动叶。（9 9）导叶由于动叶碰撞产生反弹，磕碰中压第）导叶由于动叶碰撞产生反弹，磕碰中压第

18、1 1级动叶。级动叶。后续出产机组复查情况后续出产机组复查情况冷作分厂窄间隙焊接设备于冷作分厂窄间隙焊接设备于20092009年年8 8月月1 1日到货，日到货，8 8月月1515日安装完成，日安装完成，并开始进行焊接工作，根据分厂隔板的完工转送单，平顶山一号机低并开始进行焊接工作，根据分厂隔板的完工转送单，平顶山一号机低压隔板是压隔板是1010月月2323日完工转出，即低压隔板全部采用的是窄间隙自动焊日完工转出，即低压隔板全部采用的是窄间隙自动焊接。而高压隔板完工转送单为接。而高压隔板完工转送单为9 9月月1414日至日至9 9月月1717日。中压隔板完工转送日。中压隔板完工转送单为单为9

19、9月月2121日和日和9 9月月2323日。高中压隔板的焊接周期为一个月左右，故从日。高中压隔板的焊接周期为一个月左右，故从此推断高中压隔板应该使用的是窄间隙焊接设备此推断高中压隔板应该使用的是窄间隙焊接设备, ,但不能完全确定。但不能完全确定。平顶山二号机及以后的机组全部采用的是窄间隙自动焊接，焊接质量平顶山二号机及以后的机组全部采用的是窄间隙自动焊接，焊接质量可以保证。考虑到要保证机组的绝对安全运行，建议有机会停机时检可以保证。考虑到要保证机组的绝对安全运行，建议有机会停机时检查隔板的变形并探伤检查焊缝质量。查隔板的变形并探伤检查焊缝质量。停机检查的项目：停机检查的项目：隔板挠度、轴向变形

20、测量；隔板挠度、轴向变形测量；隔板内、外环主焊缝相控阵探伤检查；隔板内、外环主焊缝相控阵探伤检查；1. 根据检查情况决定是否返厂加固；根据检查情况决定是否返厂加固；u平顶山项目需要考虑如下预案平顶山项目需要考虑如下预案高压缸检查范围高压缸检查范围：序序号号图号图号名称名称序序号号图号图号名称名称1 1CCH02.102Z-CCH02.102Z-2 2高压第高压第2 2级隔板级隔板6 6CCH02.107Z-CCH02.107Z-2 2高压第高压第7 7级隔板级隔板2 2CCH02.103Z-CCH02.103Z-2 2高压第高压第3 3级隔板级隔板7 7CCH02.108Z-CCH02.108

21、Z-2 2高压第高压第8 8级隔板级隔板3 3CCH02.104Z-CCH02.104Z-2 2高压第高压第4 4级隔板级隔板8 8CCH02.109Z-CCH02.109Z-2 2高压第高压第9 9级隔板级隔板4 4CCH02.105Z-CCH02.105Z-2 2高压第高压第5 5级隔板级隔板9 9CCH02.110Z-CCH02.110Z-2 2高压第高压第1010级隔板级隔板5 5CCH02.106Z-CCH02.106Z-2 2高压第高压第6 6级隔板级隔板序号序号图号图号名称名称序号序号图号图号名称名称1 1CCH02.111Z-2CCH02.111Z-2中压第中压第1111级隔板

22、级隔板( (调、电调、电) ) 8 8CCH02.118Z-2CCH02.118Z-2中压第中压第1212级隔板级隔板( (电电) )2 2CCH02.112Z-2CCH02.112Z-2中压第中压第1212级隔板级隔板( (调调) )9 9CCH02.119Z-2CCH02.119Z-2中压第中压第1313级隔板级隔板( (电电) )3 3CCH02.113Z-2CCH02.113Z-2中压第中压第1313级隔板级隔板( (调调) )1010CCH02.120Z-2CCH02.120Z-2中压第中压第1414级隔板级隔板( (电电) )4 4CCH02.114Z-2CCH02.114Z-2中

23、压第中压第1414级隔板级隔板( (调调) )1111CCH02.121Z-2CCH02.121Z-2中压第中压第1515级隔板级隔板( (电电) )5 5CCH02.115Z-2CCH02.115Z-2中压第中压第1515级隔板级隔板( (调调) )1212CCH02.122Z-2CCH02.122Z-2中压第中压第1616级隔板级隔板( (电电) )6 6CCH02.116Z-2CCH02.116Z-2中压第中压第1616级隔板级隔板( (调调) )1313CCH02.123Z-2CCH02.123Z-2中压第中压第1717级隔板级隔板( (电电) )7 7CCH02.117Z-2CCH0

24、2.117Z-2中压第中压第1717级隔板级隔板( (调调) )中压缸检查范围：中压缸检查范围：u隔板加固方案：加强筋对探伤存在问题的隔板进行加固处理对探伤存在问题的隔板进行加固处理u根据平顶山电厂意愿是否考虑汽轮机通流改造；u如电厂近期没有改造意愿，将对加固的隔板进行更换； - -新隔板采用导叶自带菱形冠结构设计新隔板采用导叶自带菱形冠结构设计导叶自带菱形冠导叶自带菱形冠导叶与围带插焊导叶与围带插焊 由于哈汽目前拥有的设计技术，较现运行的机组设计制造技术又有进一步提升，原机组采用冲动式设计理念，汽轮机改造技术采用反动式设计理念，将现役机组高、中压通流进行全新的升级改造，进一步提高机组的安全性

25、和经济性。 下面从通流型式、叶型选择、汽封间隙选择、动静叶装配形式等方面进行升级改造。u汽轮机技术升级、优化改造方案 q 主要技术改进点最新结构优化新型阀门技术全新多级反动式通流设计技术通流、结构、系统、运行、汽封-全方位改进优化技术改造方案回热系统优化运行模式优化22优化高压内缸变形小密封好优化排汽端型线减小流动损失三胞胎调节级动叶优化调节级焓降预扭装配式动静叶栅流线型高压喷嘴室多级数反动式通流T型叶根密封良好q 高压缸模块改造-带调节级方案更高效率的“多级反动式”通流技术；减少每级焓降，重热系数高；叶片轴向宽度小，级效率高；最先进的后加载叶型，攻角适应范围广，变工况特性好充分发挥多级反动式

26、技术优势缸效率提高2%以上高压缸增加4级（913）多齿小间隙汽封技术采用0号高加回热技术23按用户要求调整通流面积改造后高压缸通流改造前高压缸通流24高压典型级叶片表面极限流线改造前静叶改造后静叶改造前动叶改造后动叶改造后，采用小焓降、高效后加载叶型，端部二次流明显减弱；叶型攻角适应范围广，提高了机组变负荷运行经济性。25q 调节级喷嘴和三胞胎动叶焊接喷嘴刚性好热应力小热膨胀性好子午面收缩，表面渗硼强化固粒腐蚀下降为原材料0.02弹性密封热膨胀性能好运行时无泄漏三胞胎叶片，高强度适应顺序阀运行模式优化型调节级汽室26减少制造工序节约加工周期没有焊接部分叶片预扭安装装配简单方便应用业绩丰富保证隔

27、板制造精度易于叶片拆装更换q 预扭装配式隔板（静叶栅）27外置式蒸冷器q 系统优化技术蒸汽冷却器 由于中压缸中间抽汽级的抽汽温度较高，其过热度较大，直接加热给水会降低机组循环效率，采用外置蒸汽冷却器先加热高温给水可提高给水温度4-5，提高汽轮机内效率0.2%左右。增加外置蒸冷器后，既降低机组热耗，同时减少三号高加的设计难度。280号高加系统高压缸设置0号高加抽汽口，保证75%THA工况下省煤器入口给水温度提高至300，50%THA工况下省煤器入口给水温度提高至280左右。工况抽汽压力MPa给水温度75%THA8.49130050%THA5.684276.5给水温度对热耗影响较大去0号高加29q

28、 高压缸模块-取消调节级方案优化高压内缸变形小密封好多级数反动式通流采用0号高加回热技术更换高压外缸适应切向进汽方式和0号抽汽要求2180切向蜗壳进汽降低进口部分流动损失第一级横置静叶，蒸汽在速度和方向不发生骤变的情况下流入叶片，流动损失明显降低，气动效率提高1.3%红套环内缸密封技术各级动叶采用T型叶根，漏汽损失小全周进汽方式，无部分进汽损失和阀门节流损失第一级低反动度技术，降低转子工作温度优化排汽端型线减小流动损失预扭装配式动静叶栅多齿小间隙汽封技术更换高压缸模块更多级数更高效率的“多级反动式”通流技术；减少每级焓降，重热系数高；叶片轴向宽度小，级效率高；最先进的后加载叶型，攻角适应范围广

29、，变工况特性好。转子重量与改前基本相当，汽缸重量较改前小10吨30切向蜗壳进汽高压缸进汽采用切向蜗壳，减小第一级导叶进口参数的切向不均匀性，提高效率。蜗壳结构能够减小进口部分的流动损失。蒸汽在速度和方向不发生骤变的情况下流入叶片。允许提高蒸汽流速，并具有很高的蒸汽动能转换效率第1级静叶与进汽蜗壳联合计算，总压损失系数0.6%。 汽轮机进汽蜗壳实体图31高压进气蜗壳压力云图高压蜗壳进汽计算分析采用商业软件计算，ICEM划分网格，CFX求解。进口给定总温和总压，出口给定质量流量，工质为水蒸汽。蜗壳内部流域切面示意图 YZ平面速度矢量图 XY平面压力分布 压力分布图 蜗壳总压损失系数仅为0.15%。

30、分析流动情况，汽流在蜗壳内逐渐膨胀加速，压力逐渐降低，变化均匀，压力等值线几乎与流线方向垂直。从压力云图看，由于切向进汽，汽流在离心力作用下，形成了蜗壳外侧压力高，内侧压力低，但切向非常均匀，压力等值线几乎是同心圆；32第一级横置静叶 高压缸第一级静叶片采用轴向布置形式，以配合切向蜗壳全周进汽形式；第一级采用了低反动式叶片级，第一级静叶后温度降低20，从而降低第一级叶轮和转子表面的温度，为高压转子提供有利的工作条件。提高第一级的级效率。第一级轴向布置静叶实体图33第1、2级子午面温度云图内缸红套环密封技术高压内缸采用规则的圆筒形结构，取消水平结合面的法兰。结构更紧凑，热应力小，适应性好，启动及

31、变负荷时间短。红套环整圈受力、应力集中小、寿命长。内缸在长期稳态及瞬时变工况下运行期间无泄漏。 34红套后的高压内缸和转子效果图现场检修、拆装方便、快捷现场安装：将高压模块整体起吊，缓慢落在轴承箱中，外缸猫爪支撑在轴承箱上，转子支撑在轴承上。调好后，拆卸定位环，连接转子对轮，高压模块与管道、阀门连接。35整体运输优化排汽端型线减小流动损失预扭装配式动静叶栅多级数反动式通流q 中压缸模块改造-反动式方案更高效率的“多级反动式”通流技术；减少每级焓降，重热系数高；叶片轴向宽度小，级效率高；轴向间隙大，启动速度快；最先进的后加载叶型，攻角适应范围广，变工况特性好。充分发挥多级反动式技术优势缸效率提高

32、1%左右新型汽封技术应用36高压主汽阀1.重新计算高调阀口径，减小余量，与负荷相符2.调整阀门相对行程，调整重叠度，实现顺序阀3.优化影响阀门压损因素高压调节阀q高压阀门改造技术MSVMSV执行机构执行机构CVCV执行机构执行机构q 阀门优化技术37现役机组阀门改造q 阀门优化技术改进型阀门特点：lMSV：将主汽阀芯置于阀门顶部，减少汽流阻力，降低阀门损失。lCV：调整阀门口径和行程，实现真正全开。l调节阀座过盈量，调整为0.230.28mm，防止阀座脱落。l改进后预测压损：3%-4%。38q 新型阀门技术-配合高压缸蜗壳进汽每个阀组包括2个主汽阀和2个调节阀。每个调节阀通过导汽管分别与上下缸一个进汽口相连。主汽