1000MW機組汽輪機隔板裂紋缺陷分析及處理

摘 要：某發電公司兩臺1000MW機組，采用焊接隔板，B級檢修過程中發現高、中壓隔板表面存在明顯裂紋，嚴重影響機組的安全運行。針對該問題，進行原因分析并采取處理措施。通過相控陣檢測，發現隔板內外環與靜葉之間的深焊縫存在未融合的現象，對全部隔板返廠檢修，對隔板存在的裂紋挖除并重新焊接、熱處理、機加工。但該缺陷較為嚴重，無法滿足機組長周期安全運行，需擇機對高中壓隔板進行換型。

關鍵詞：汽輪機；隔板裂紋

0 引言

汽輪機隔板是汽輪機本體的重要組成部分，用來固定靜葉片和阻止級間漏汽，隔板將汽輪機內部分隔成若干個壓力段，使蒸汽通過靜葉柵將勢能轉變為動能，并使汽流按照規定方向流入動葉[1]。隔板在工作時承受由壓差產生的載荷，高壓區的隔板承受著高溫、高壓蒸汽的作用，低壓區的隔板承受著濕蒸汽的作用。

汽輪機隔板要求有足夠的強度和剛度[2]。隔板在運行時承受著一個級的壓差，尤其在高壓部分此壓差很大，為保證安全性，隔板必須有足夠的強度。同時，隔板與動葉之間的間隙一般不大，為了防止隔板受力之后產生過大的撓度而造成汽輪機內部動、靜部分碰磨，隔板必須有足夠的剛度。

隔板分為沖動級隔板和反動級隔板。其中沖動級隔板分為焊接隔板和鑄造隔板，汽缸內壁上有固定靜葉的隔板或對隔板進行支撐和定位的隔板套。反動級隔板通常稱為靜葉環，汽缸內壁可以安裝靜葉環或用于支撐靜葉環的靜葉持環。

1 機組隔板缺陷

某發電有限公司2×1000MW機組，汽輪機型號CCLN1000-25/600/600，一次中間再熱、四缸、四排汽（雙流低壓缸）單軸、沖動凝汽式汽輪機。兩臺機組分別于2010年10月和2010年12月相繼投入運行。

2015年3月，國內某電廠發生中壓第二級靜葉脫落導致汽輪機動葉損壞事故，鑒于此，汽輪機制造廠進行了事故通報，并要求公司立即進行停機檢查。2015年4月，公司停運#1機組對高、中壓全部隔板返廠檢修，并在汽輪機廠對高、中壓隔板變形量測量，對變形量較大的高壓2、3、4級和中壓正反向2、3、4級共9級隔板進行加強筋加固處理，對全部返廠隔板靜葉根部進行加固處理。檢查未發現隔板有明顯宏觀裂紋。

2015年9月，公司停運#2機組對高、中壓隔板進行了變形量測量，高壓3、4、5級和中壓正反向2、3級共7級隔板變形量大，隨即對變形量大的7級隔板返廠進行加強筋和隔板靜葉根部加固處理。檢查中未發現隔板有明顯宏觀裂紋。

返廠隔板處理情況如圖1、2所示。

2018年2月，公司#1機組B修期間，對高、中壓隔板磁粉探傷發現存在表面裂紋，數量較少且長度較短。相控陣檢查發現高、中壓隔板焊接均存在內部未熔合缺陷。

2018年4月，公司#2機組停機進行B級檢修工作，評估汽輪機本體高、中壓隔板安全性是此次檢修工作的重要任務。4月22日，汽輪機本體解體完畢，宏觀目測高、中壓隔板表面均存在明顯裂紋，且部分隔板裂紋縫隙較大。對高、中壓隔板進行磁粉探傷檢查，發現高、中壓隔板裂紋缺陷較多，缺陷主要集中在隔板出汽側內外圍帶焊縫處。以高壓第3級為例，如圖3所示。進行全面測量測量分析，裂紋缺陷較嚴重隔板：高壓第三級有缺陷12處，缺陷最長裂紋約800mm；高壓第四級有缺陷32處，最長缺陷裂紋約400mm；高壓第五級有缺陷17處，最長缺陷約1200mm；高壓第七級有缺陷16處，最長缺陷約600mm；高壓第九級有缺陷5處，最長缺陷約1000mm；中壓正三級有缺陷43處，最長缺陷約190mm；中壓反二級有缺陷33處，最長缺陷約1900mm；如圖4所示

2 裂紋產生的原因分析

針對機組隔板裂紋情況，對高、中壓隔板進行了相控陣檢測，結果顯示隔板內外環與靜葉之間的深焊縫存在大量焊接未融合的現象。對焊縫處的裂紋進行打磨后發現，裂紋擴展方向為由內而外，可判斷此類裂紋的產生為未焊透結構。由此可推斷，焊縫內部存在一定的原始缺陷。

汽輪機隔板結構復雜，在靜葉片加工生產及靜葉與隔板進行焊接時，由于靜葉片加工精度及工藝裝配精度的原因，很容易造成局部剛性大，導致應力分布不均勻，從而在焊縫中形成應力集中，在長期運行過程中應力逐漸釋放，導致裂紋的產生[3]。

3 處理措施

針對上述缺陷，采取相應的措施。

#1機組表面的裂紋數量較少且長度較短，根據制造廠提供的方案，對裂紋進行深度為10mm內的挖補焊接。利用金屬內磨機對焊縫裂紋部位進行打磨，并隨時進行滲透檢驗，確保裂紋完全消除。然后對打磨區域進行修整、補焊。但是隔板內部未熔合的問題依然沒有解決，安全隱患仍然存在。同時，檢查發現#1機組高壓噴嘴沖刷嚴重，汽輪機效率下降，熱耗增加較多，挖補焊接位置如圖5。對高壓噴嘴沖刷破損處進行了補焊處理，但沖刷現象依然存在，分析往年數據顯示有逐年增大趨勢，如圖6所示。

#2機組當前隔板缺陷較嚴重，通過對隔板測量數據的對比分析，現場對隔板裂紋進行挖補冷焊處理無法保證隔板安全性，需返廠對隔板存在裂紋全部挖除并重新焊接、熱處理、機加工。

4 小結

焊接隔板的焊接質量直接影響隔板強度和剛度，對汽輪機的安全運行至關重要。此次隔板裂紋的產生主要在于焊縫的原始缺陷和結構應力，針對目前機組隔板存在的缺陷，公司組織召開了幾次專題會議，旨在制定處理方案，但根據實際情況，當前隔板裂紋缺陷比較嚴重，無法滿足機組長周期安全運行，需對隔板進行更換或者進行高中壓通流改造。

參考文獻

[1]謝誕梅，戴義平，王建梅等。汽輪機原理[M]。中國電力出版社。2012.11

[2]邱孝新，600MW機組汽輪機隔板裂紋的原因分析及處理措施[J]。《華東科技》。20017.05

[3]趙紀峰，李中偉，張東文，張廣興。大型汽輪機隔板靜葉焊縫裂紋的原因分析及處理措施[J]?！逗颖彪娏夹g》。2009.10

作者簡介：

張超：男 助理工程師 國家電投集團平頂山發電分公司設備維護部汽機班長 主要從事汽輪機及輔機檢修工作。