汽輪機(jī)法蘭汽箱裂紋對(duì)汽缸的影響及處理

劉趁泉

摘 要：下花園發(fā)電廠3號(hào)汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，高壓缸為加快啟動(dòng)速度，在高壓缸法蘭上焊接有加熱汽箱，隨著機(jī)組經(jīng)歷多年運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)法蘭汽箱多處出現(xiàn)裂紋泄漏，開始只是認(rèn)為汽箱的表層裂紋，在對(duì)汽箱更換過程中發(fā)現(xiàn)了大量焊道裂紋，并深入到了汽缸深部。本文對(duì)裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行了論述，對(duì)裂紋處理及現(xiàn)場更換汽箱提供了一定借鑒。

關(guān)鍵詞：高壓缸；法蘭加熱；裂紋；現(xiàn)場更換

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.014

下花園發(fā)電廠3號(hào)汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，型號(hào)為N200-12.7/535/535型純凝式汽輪機(jī)，為D09第25臺(tái)機(jī)組，1988年1月機(jī)組投產(chǎn)，到目前已經(jīng)運(yùn)行26年。3號(hào)機(jī)高壓缸法蘭壁厚，汽缸壁薄，為加快法蘭加熱速度適應(yīng)機(jī)組快速啟動(dòng)的要求，在法蘭外壁焊有法蘭加熱汽箱，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，在汽箱里通入一定參數(shù)的蒸汽，對(duì)汽箱進(jìn)行提前加熱，使汽缸法蘭快速預(yù)熱，以加快機(jī)組的啟動(dòng)速度，縮小機(jī)組的溫度應(yīng)力。

機(jī)組自2008年大修以后時(shí)常發(fā)現(xiàn)機(jī)組在啟動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)高壓缸保溫層內(nèi)有大量蒸汽漏出，于是利用檢修機(jī)會(huì)對(duì)保溫層進(jìn)行檢查，在拆除保溫時(shí)發(fā)現(xiàn)法蘭汽箱焊縫處和法蘭膨脹U型節(jié)處存在蒸汽吹損現(xiàn)象。然后利用壓縮空氣對(duì)法蘭汽箱打壓，發(fā)現(xiàn)了大量裂紋，雖然進(jìn)行了補(bǔ)焊，但是焊完以后繼續(xù)打壓仍有漏氣現(xiàn)象，判斷法蘭汽箱可能存在母材的金屬疲勞裂紋，因此決定對(duì)汽箱進(jìn)行蒸汽更換。

1 法蘭汽箱裝置簡介

由于法蘭比汽缸壁厚，螺栓與法蘭又是局部接觸，因此在啟動(dòng)時(shí)汽缸壁溫度又比螺栓溫度高，三者之間將存在一定的溫差，造成膨脹不一致，在這些部件中產(chǎn)生熱應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)引起塑性變形或拉斷螺栓以及造成水平結(jié)合面翹起和汽缸裂紋等現(xiàn)象。為了減少汽缸、法蘭和螺栓之間的溫差，縮短啟動(dòng)時(shí)間，所以采用了法蘭加熱汽箱。

法蘭加熱汽箱是由一些鋼板和U型膨脹節(jié)組焊的裝置，按照汽缸的外形焊接在汽缸表面，伴隨著汽缸的膨脹和收縮進(jìn)行膨脹和收縮，所有膨脹和收縮量都被U型膨脹節(jié)吸收。

2 法蘭汽箱產(chǎn)生裂紋的原因

（1）在早期機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)為降低造價(jià)，將汽缸材質(zhì)設(shè)計(jì)為ZG20CrMo合金材質(zhì)，而法蘭汽箱為一般A3F碳鋼材質(zhì)，這導(dǎo)致異種鋼焊接，使材質(zhì)的焊接性能差，而且兩種材質(zhì)的膨脹性能不一致造成受力出現(xiàn)偏差，是裂紋產(chǎn)生應(yīng)力的主要原因。

（2）根據(jù)裂紋出現(xiàn)的位置主要為U型膨脹節(jié)和加熱汽箱下部與汽缸焊接焊縫處，而U型膨脹節(jié)處主要為與汽缸垂直的縱向裂紋，加熱汽箱下部為沿汽缸走向的橫向裂紋。說明在U型膨脹節(jié)處機(jī)組在停機(jī)和啟動(dòng)過程中，汽缸蓋板大部分膨脹和收縮力被U型膨脹節(jié)吸收，但是U型膨脹節(jié)處蓋板被反復(fù)拉伸和壓縮，從而產(chǎn)生金屬疲勞，形成了縱向裂紋，一些裂紋形成在表層，另一部分通過焊縫滲透到了汽缸表面，形成汽缸裂紋。

從裂紋位置可以看出，裂紋出現(xiàn)的位置都是出現(xiàn)在U型膨脹節(jié)處，而且屬于汽缸外形變形較大處，產(chǎn)生的裂紋全部為縱向裂紋。一般認(rèn)為汽缸厚度較大，法蘭汽箱為薄板，一般裂紋都是由厚向薄處傳，但是從本次裂紋出現(xiàn)的狀況看，汽箱薄板裂紋也能引起厚度較大的汽缸產(chǎn)生裂紋。其中一處最大裂紋長4 cm，深1-1.5 cm。因此對(duì)于一些機(jī)組法蘭加熱汽箱存在裂紋的，應(yīng)及時(shí)檢查裂紋對(duì)汽缸的影響，以消除汽缸裂紋的隱患。

3 裂紋的處理

（1）開始對(duì)于汽箱裂紋采取了打磨補(bǔ)焊，但是一些裂紋深入焊縫，對(duì)于汽缸來說又是異種鋼焊接，因此對(duì)汽箱裂紋采取過氬弧焊，也采取過不銹鋼焊條，但是一運(yùn)行投運(yùn)后，下次檢查又重新出現(xiàn)裂紋，因此單純的補(bǔ)焊對(duì)于已經(jīng)存在疲勞裂紋的母材來說是無效的。

（2）采取對(duì)法蘭汽箱整體更換的辦法，將箱體材質(zhì)更換為0Cr18Ni9銹鋼，并結(jié)合現(xiàn)場施工的現(xiàn)狀，配合焊接工藝對(duì)法蘭汽箱進(jìn)行整體更換。

4 法蘭汽箱更換工藝

為本次現(xiàn)場更換法蘭汽箱，特聘請了東方汽輪機(jī)廠技術(shù)人員結(jié)合汽缸材質(zhì)及汽箱材質(zhì)，特別定制了現(xiàn)場的焊接工藝。

（1）割除舊法蘭汽箱：采用碳弧氣刨割除，減少割除汽箱過程中產(chǎn)生的熱量，割除后法蘭溫度基本維持在60℃左右，因此減小法蘭熱變形的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）焊縫清理：因?yàn)樘蓟馀俑畛溥^程中會(huì)在母材上產(chǎn)生滲碳層，因此必須將焊道打磨干凈，也為下部焊縫裂紋檢查做準(zhǔn)備。

（3）表層裂紋檢驗(yàn)：采用金屬著色的辦法對(duì)汽缸部分進(jìn)行裂紋檢查，然后用5倍放大鏡查找，對(duì)存在的裂紋進(jìn)行挖補(bǔ)，重新著色無裂紋后，方可進(jìn)行法蘭汽箱組裝。

（4）焊接工藝：汽缸裂紋焊縫補(bǔ)焊采用不銹鋼焊條A302，A302采用加熱桶加熱烘干后使用。法蘭汽箱與汽缸焊接采用309氬弧焊打底，302焊條蓋面。法蘭汽箱與汽箱采用309氬弧焊打底，308二氧化碳保護(hù)焊蓋面。

（5）焊后檢查：徹底清除焊道內(nèi)的熔渣，確認(rèn)著色檢查無裂紋、熔渣和氣孔；然后進(jìn)行氣壓試驗(yàn)5分鐘，無泄漏時(shí)為合格。

5 結(jié)論

法蘭汽箱對(duì)于汽輪機(jī)來說是一個(gè)簡單的加熱附件，一般認(rèn)為出現(xiàn)裂紋能補(bǔ)焊住，不發(fā)生泄漏便可，但從本次更換情況來看，汽箱裂紋能夠引起汽缸產(chǎn)生裂紋，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的隱患。因此要對(duì)汽箱裂紋進(jìn)行早期處理，防止汽缸產(chǎn)生大的裂紋。

參考文獻(xiàn)：

[1]東汽.汽輪機(jī)說明書及圖紙[S].