汽轮机法兰汽箱裂纹对汽缸的影响及处理_品牌_

汽轮机法兰汽箱裂纹对汽缸的影响及处理-...汽变速箱180法兰盘

刘趁泉

摘要：下花园发电厂3号汽轮机为东方汽轮机厂生产，高压缸为加快启动速度，在高压缸法兰上焊接有加热汽箱，随着机组经历多年运行，发现法兰汽箱多处出现裂纹泄漏，开始只是认为汽箱的表层裂纹，在对汽箱更换过程中发现了大量焊道裂纹，并深入到了汽缸深部。本文对裂纹产生的原因进行了论述，对裂纹处理及现场更换汽箱提供了一定借鉴。

关键词：高压缸；法兰加热；裂纹；现场更换

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

下花园发电厂3号汽轮机为东方汽轮机厂生产，型号为N200-12.7/535/535型纯凝式汽轮机，为D09第25台机组，1988年1月机组投产，到目前已经运行26年。3号机高压缸法兰壁厚，汽缸壁薄，为加快法兰加热速度适应机组快速启动的要求，在法兰外壁焊有法兰加热汽箱，在机组启动时，在汽箱里通入一定参数的蒸汽，对汽箱进行提前加热，使汽缸法兰快速预热，以加快机组的启动速度，缩小机组的温度应力。

机组自2008年大修以后时常发现机组在启动时，发现高压缸保温层内有大量蒸汽漏出，于是利用检修机会对保温层进行检查，在拆除保温时发现法兰汽箱焊缝处和法兰膨胀U型节处存在蒸汽吹损现象。然后利用压缩空气对法兰汽箱打压，发现了大量裂纹，虽然进行了补焊，但是焊完以后继续打压仍有漏气现象，判断法兰汽箱可能存在母材的金属疲劳裂纹，因此决定对汽箱进行蒸汽更换。

1 法蘭汽箱装置简介

由于法兰比汽缸壁厚，螺栓与法兰又是局部接触，因此在启动时汽缸壁温度又比螺栓温度高，三者之间将存在一定的温差，造成膨胀不一致，在这些部件中产生热应力，严重时将会引起塑性变形或拉断螺栓以及造成水平结合面翘起和汽缸裂纹等现象。为了减少汽缸、法兰和螺栓之间的温差，缩短启动时间，所以采用了法兰加热汽箱。

法兰加热汽箱是由一些钢板和U型膨胀节组焊的装置，按照汽缸的外形焊接在汽缸表面，伴随着汽缸的膨胀和收缩进行膨胀和收缩，所有膨胀和收缩量都被U型膨胀节吸收。

2 法兰汽箱产生裂纹的原因

（1）在早期机组设计时为降低造价，将汽缸材质设计为ZG20CrMo合金材质，而法兰汽箱为一般A3F碳钢材质，这导致异种钢焊接，使材质的焊接性能差，而且两种材质的膨胀性能不一致造成受力出现偏差，是裂纹产生应力的主要原因。

（2）根据裂纹出现的位置主要为U型膨胀节和加热汽箱下部与汽缸焊接焊缝处，而U型膨胀节处主要为与汽缸垂直的纵向裂纹，加热汽箱下部为沿汽缸走向的横向裂纹。说明在U型膨胀节处机组在停机和启动过程中，汽缸盖板大部分膨胀和收缩力被U型膨胀节吸收，但是U型膨胀节处盖板被反复拉伸和压缩，从而产生金属疲劳，形成了纵向裂纹，一些裂纹形成在表层，另一部分通过焊缝渗透到了汽缸表面，形成汽缸裂纹。

从裂纹位置可以看出，裂纹出现的位置都是出现在U型膨胀节处，而且属于汽缸外形变形较大处，产生的裂纹全部为纵向裂纹。一般认为汽缸厚度较大，法兰汽箱为薄板，一般裂纹都是由厚向薄处传，但是从本次裂纹出现的状况看，汽箱薄板裂纹也能引起厚度较大的汽缸产生裂纹。其中一处最大裂纹长4 cm，深1-1.5 cm。因此对于一些机组法兰加热汽箱存在裂纹的，应及时检查裂纹对汽缸的影响，以消除汽缸裂纹的隐患。

3 裂纹的处理

（1）开始对于汽箱裂纹采取了打磨补焊，但是一些裂纹深入焊缝，对于汽缸来说又是异种钢焊接，因此对汽箱裂纹采取过氩弧焊，也采取过不锈钢焊条，但是一运行投运后，下次检查又重新出现裂纹，因此单纯的补焊对于已经存在疲劳裂纹的母材来说是无效的。

（2）采取对法兰汽箱整体更换的办法，将箱体材质更换为0Cr18Ni9锈钢，并结合现场施工的现状，配合焊接工艺对法兰汽箱进行整体更换。

4 法兰汽箱更换工艺

为本次现场更换法兰汽箱，特聘请了东方汽轮机厂技术人员结合汽缸材质及汽箱材质，特别定制了现场的焊接工艺。

（1）割除旧法兰汽箱：采用碳弧气刨割除，减少割除汽箱过程中产生的热量，割除后法兰温度基本维持在60℃左右，因此减小法兰热变形的风险。

（2）焊缝清理：因为碳弧气刨割除汽箱过程中会在母材上产生渗碳层，因此必须将焊道打磨干净，也为下部焊缝裂纹检查做准备。

（3）表层裂纹检验：采用金属着色的办法对汽缸部分进行裂纹检查，然后用5倍放大镜查找，对存在的裂纹进行挖补，重新着色无裂纹后，方可进行法兰汽箱组装。

（4）焊接工艺：汽缸裂纹焊缝补焊采用不锈钢焊条A302，A302采用加热桶加热烘干后使用。法兰汽箱与汽缸焊接采用309氩弧焊打底，302焊条盖面。法兰汽箱与汽箱采用309氩弧焊打底，308二氧化碳保护焊盖面。

（5）焊后检查：彻底清除焊道内的熔渣，确认着色检查无裂纹、熔渣和气孔；然后进行气压试验5分钟，无泄漏时为合格。

5 结论

法兰汽箱对于汽轮机来说是一个简单的加热附件，一般认为出现裂纹能补焊住，不发生泄漏便可，但从本次更换情况来看，汽箱裂纹能够引起汽缸产生裂纹，对机组安全运行产生严重的隐患。因此要对汽箱裂纹进行早期处理，防止汽缸产生大的裂纹。