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

2、寿命和残余寿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

3、这个温度循环中，转子承受交变应力，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

4、于1，这个小于1的数称为机组的寿 命可用系数，指的是在转子全寿命中（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

5、1206 温态启动0.011次年300.3 热态启动0.01200次年600060 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40 0.00550次年15007.5 小幅度变负荷25 0.00025530次年165004 80.3 62.2 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

6、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 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

7、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

8、，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

9、，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