汽輪機(jī)的壽命管理

1、第四章第四章 汽輪機(jī)的壽命管理汽輪機(jī)的壽命管理 一、汽輪機(jī)壽命的概念： 由于現(xiàn)代汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子與汽缸等其它零部件相比，轉(zhuǎn)子工作條件比較惡劣，往往裂紋首先從轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生，因此通常所指汽輪機(jī)的壽命亦即轉(zhuǎn)子的壽命。 有效壽命：從汽輪機(jī)投運(yùn)開始直至轉(zhuǎn)子在應(yīng)力集中處出現(xiàn)第一條通過低倍放大鏡、用肉眼可觀察到的初始宏觀裂紋的工作期間稱為汽輪機(jī)的有效壽命。 裂紋約0.5mm長，0.15mm深。 轉(zhuǎn)子發(fā)生初始宏觀裂紋之后，并非必須立即報(bào)廢，因?yàn)橛沙跏己暧^裂紋發(fā)展到即將斷裂的臨界裂紋，還需經(jīng)歷相當(dāng)長的過程。 殘余壽命：自初始宏觀裂紋擴(kuò)展到臨界裂紋為止的工作時(shí)間稱為轉(zhuǎn)子的殘余壽命。 全壽命或總壽命：轉(zhuǎn)子有效壽命和殘余壽

2、命的總和即為轉(zhuǎn)子的全壽命或總壽命。 二、汽輪機(jī)的壽命損耗： 1、材料的高溫蠕變對壽命的損耗 汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，汽缸、轉(zhuǎn)子等部件是在一定溫度下承受一定的壓力，金屬材料會發(fā)生緩慢的塑性變形，即蠕變。長期蠕變積累會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生裂紋。 考慮轉(zhuǎn)子在穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)高溫蠕變對壽命的損耗。對于帶基本負(fù)荷的機(jī)組，每年運(yùn)行小時(shí)以7000h計(jì)算，30年期間高溫蠕變損傷率約為25%，對于帶尖峰負(fù)荷的機(jī)組，年運(yùn)行小時(shí)以4800計(jì)算，30年期間高溫蠕變損傷率約為20%左右。 2、低周波疲勞對壽命的損耗： 汽輪機(jī)的啟動、正常運(yùn)行、停機(jī)、再啟動，或正常運(yùn)行中的負(fù)荷變動，部件都將經(jīng)歷一個溫度循環(huán)，在這個溫度循環(huán)中，轉(zhuǎn)子承受交變應(yīng)力

3、，每一次循環(huán)將引起部件的壽命損耗。這種循環(huán)稱為低周波疲勞損耗。 轉(zhuǎn)子溫度變化量和溫度變化率越大，引起轉(zhuǎn)子內(nèi)部熱應(yīng)力也越大，對轉(zhuǎn)子的壽命損耗也越大。 一般低周波疲勞對壽命的損耗分配額為60%左右。 3、隨機(jī)和突發(fā)事件引起的壽命損耗 汽輪機(jī)啟停、負(fù)荷變動等工況下負(fù)荷擾動引起機(jī)組大幅度負(fù)荷波動以及由于不定因素引起的汽溫波動、短時(shí)超限振動等因素也要引起轉(zhuǎn)子壽命損耗。但這些隨機(jī)性的損傷因素難以預(yù)測，根據(jù)國外有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，多數(shù)建議將這類損耗以20%計(jì)。 4、 轉(zhuǎn)子壽命可用系數(shù)M 轉(zhuǎn)子壽命可用系數(shù)M=高溫蠕變壽命損耗率+低周波疲勞損耗率 實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)使M小于1，這個小于1的數(shù)稱為機(jī)組的壽命可用系數(shù)，指的是

4、在轉(zhuǎn)子全壽命中（斷裂壽命）可安全使用的百分比，此值的確定與機(jī)組制造工藝水平、設(shè)備價(jià)格、啟動應(yīng)力、載荷性質(zhì)等有關(guān)。我國早期推薦機(jī)組可用系數(shù)為60%左右。國外推薦機(jī)組可用系數(shù)為80%左右。 為了保證汽輪機(jī)在服役年限（我國尚無明確規(guī)定，跟據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)為30年左右）內(nèi)安全運(yùn)行，應(yīng)制定汽輪機(jī)壽命分配方案，即事先給定在服役年限內(nèi)啟停和工況變化的次數(shù)。機(jī)械工程手冊調(diào)峰篇推薦的壽命分配數(shù)據(jù)（以設(shè)計(jì)壽命機(jī)械工程手冊調(diào)峰篇推薦的壽命分配數(shù)據(jù)（以設(shè)計(jì)壽命30年計(jì)算）年計(jì)算）運(yùn)行方式損耗率（）運(yùn)行次數(shù)累計(jì)運(yùn)行次數(shù)壽命損耗累積（）冷態(tài)啟動0.054次年1206溫態(tài)啟動0.011次年300.3熱態(tài)啟動0.01200次年60

5、0060大修前停機(jī)0.053年一次100.5甩負(fù)荷帶廠用電0.103年二次202大幅度變負(fù)荷400.00550次年15007.5小幅度變負(fù)荷25 0.00025530次年16500480.362.2三、汽輪機(jī)的壽命管理： 1、合理分配和使用汽輪機(jī)壽命 （1）汽輪機(jī)設(shè)計(jì)壽命分配一般取決于汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)、啟停次數(shù)、啟停方式、工況變化、甩負(fù)荷帶廠用電的次數(shù)等。要根據(jù)不同機(jī)型及其運(yùn)行方式進(jìn)行分配。 （2）在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)壽命年限內(nèi)，根據(jù)制造廠提供的壽命管理曲線一般分配蠕變壽命損耗占20%，疲勞壽命損耗占60%。其余20%以備突發(fā)性事故。 （3）制定壽命分配方案時(shí)，應(yīng)首先確定機(jī)組帶負(fù)荷的性質(zhì)，以帶基

6、本負(fù)荷為主的機(jī)組，因其終生啟停次數(shù)較少，每次啟?？梢苑峙浣o較高的壽命損耗率，亦即可以采用較高的溫升率，以獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益；對于調(diào)峰機(jī)組，由于啟停次數(shù)較多，每次啟停應(yīng)分配較低的壽命損耗率。 帶基本負(fù)荷的汽輪機(jī)，每次冷態(tài)啟動的壽命損耗率可以分配的大一些，一般控制在0.05%/次；調(diào)峰機(jī)組的壽命損耗主要消耗在熱態(tài)啟停中，每次啟停的壽命損耗率可以分配的小一些，一般為0.01%/次 2、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命的監(jiān)測與管理 （1）每臺汽輪機(jī)以制造廠提供汽輪機(jī)壽命管理曲線（壽命可用系數(shù) ）為依據(jù)，繪制各種工況啟動曲線 。 （2）每臺汽輪機(jī)應(yīng)建立并逐步完善轉(zhuǎn)子壽命損耗數(shù)據(jù)庫，根據(jù)制造廠提供的壽命管理曲線（壽命可用系

7、數(shù) ）進(jìn)行控制，使汽輪機(jī)壽命損耗處于受控制狀態(tài)，以便指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行開停機(jī)操作和運(yùn)行參數(shù)調(diào)整及對異常工況的處理 。 3、減少汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命損耗的原則 （1）啟動中預(yù)防汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子脆性損傷 1）啟動時(shí)應(yīng)根據(jù)汽缸金屬溫度水平合理選擇沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)和軸封供汽溫度，嚴(yán)格控制金屬溫升率。2）一般以中壓缸排汽口處金屬溫度或排汽溫度為參數(shù)，判斷轉(zhuǎn)子金屬溫度特別是中壓轉(zhuǎn)子中心孔金屬溫度是否已超過金屬低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度（FATT）。3）汽輪機(jī)冷態(tài)啟動時(shí)，有條件的可在盤車狀態(tài)下進(jìn)行轉(zhuǎn)子預(yù)熱，變冷態(tài)啟動為熱態(tài)啟動。4）如制造廠允許，可以采用冷態(tài)中壓缸啟動方式，以改善汽輪機(jī)啟動條件。5）危急保安器超速試驗(yàn)，必須待中壓轉(zhuǎn)子末

8、級中心孔金屬溫度達(dá)到FATT以上方可進(jìn)行，一般規(guī)定汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組帶10%25%額定負(fù)荷定暖機(jī)至少4h 。 （2）運(yùn)行中減少汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命損耗 1）避免短期時(shí)間內(nèi)負(fù)荷大幅度變化，嚴(yán)格控制運(yùn)行中轉(zhuǎn)子表面工質(zhì)溫度變化率在最大允許范圍內(nèi)。2）嚴(yán)格控制汽輪機(jī)甩負(fù)荷后空轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)間。3）防止主、再熱蒸汽溫度及軸封供汽溫度與轉(zhuǎn)子表面金屬溫度嚴(yán)重失配。（、4）在汽輪機(jī)啟動、運(yùn)行、停機(jī)及停機(jī)后未完全冷卻之前，均應(yīng)嚴(yán)防濕蒸汽、冷汽和水進(jìn)入汽缸。 （3）加強(qiáng)可靠性管理，減少汽輪機(jī)壽命損耗 1）可靠性指標(biāo)不僅反映了設(shè)計(jì)、制造、安裝水平和質(zhì)量，是技術(shù)改造和技術(shù)進(jìn)步的重要依據(jù)；還直接反映了發(fā)電廠運(yùn)行管理及設(shè)備維修狀況，是現(xiàn)

9、代汽輪機(jī)運(yùn)行管理的重要內(nèi)容。 2）汽輪機(jī)設(shè)備大都是可維修的，其壽命分配也有很大共性。在汽輪機(jī)使用壽命年限內(nèi)，通過可靠性統(tǒng)計(jì)分析，可以找出檢修維護(hù)不當(dāng)造成的壽命損耗，從而改善運(yùn)行操作方法和檢修維護(hù)方案，逐步由被動檢修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)監(jiān)測和預(yù)知性維修，提高設(shè)備等效可用系數(shù)（EAF），減少等效強(qiáng)迫停用率（EFOR），減少維修費(fèi)用，延長氣輪機(jī)的使用壽命，取得更大安全經(jīng)濟(jì)效益 。 資料：資料： 什么是脆性轉(zhuǎn)變溫度？發(fā)生低溫脆性斷裂事故的充分必要條件什么是脆性轉(zhuǎn)變溫度？發(fā)生低溫脆性斷裂事故的充分必要條件是什么？是什么？ 脆性轉(zhuǎn)變溫度是指在不同的溫度下對金屬材料進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，脆性斷口占試驗(yàn)斷口的5%時(shí)的溫度，用FATT表示。當(dāng)溫度低于某一