1000 MW機組循環(huán)水泵筒體開(kāi)裂的原因分析及處理

浙江電力2014年第7期ZHEJIANG ELECTRIC POWER731000MW機組循環(huán)水泵筒體開(kāi)裂的原因分析及處理蕭猛，吳華強(浙江浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江嘉興314201)摘要:針對某1000MW機組循環(huán)水泵在運行中出現筒體開(kāi)裂現象，從循環(huán)水泵筒體法蘭和焊縫材料、法蘭與焊縫區域的金相組織對比、焊接工藝、設計與制造等幾個(gè)方面進(jìn)行了分析，得出法蘭之間拼接焊縫存在嚴重的未焊透缺陷、法蘭和筒體的角焊縫坡口設計不合理是引發(fā)筒體發(fā)生過(guò)早斷裂的重要原因。針對性地采取相應處理措施后,消除了循環(huán)水泵簡(jiǎn)體開(kāi)裂隱患。關(guān)鍵詞: 1 000 MW機組;循環(huán)水泵;簡(jiǎn)體;共振頻率中圖分類(lèi)號: TK264.1文獻標志碼: B文章編號: 1007-1881(2014)07 -0073-04Cause Analysis and Treatment of Barrel Crack of Circulating W aterPumpfor 1 000 MW UnitsXIAO Meng, W U Huaqiang(Zhejiang Zheneng Jiaxing Power Generation Co., Ltd, Jiaxing Zhejiang 314201, China)Abstract: Aiming at barrel crack of operating circulating water pump of a 1 000 MW unit, the paper ana-lyzes the causes in terms of welding materials and barrel flange of circulating water pump，comparison ofmetallographic structures of flange and welding area，welding technology, manufacture and design. It is con-cluded that the fundamental causes of unduly barrel crack are incomplete penetration of joint welding line be-tween flanges and unreasonable design of fillet groove of flanges and barrel. After targeted measures are tak-en, the hazard of barrel crack in circulating water pump is eliminated.Key words: 1 000 MW units; circulating water pump; barrel ; resonance frequency循環(huán)水泵是火力發(fā)電廠(chǎng)重要的輔助設備之.彎管組成。技術(shù)參數如表1所示。-，它的可靠運行是發(fā)電廠(chǎng)安全經(jīng)濟運行的重要表1循環(huán)水泵技 術(shù)規范保證。循環(huán)水泵的工作環(huán)境相對惡劣，尤其是地名稱(chēng)技術(shù)參數處沿海的發(fā)電廠(chǎng)，長(cháng)期處于露天、腐蝕、水位多型號2200HDC- 20變等惡劣的條件下工作，導致故障率偏高。某沿抽芯導葉式混流泵海發(fā)電廠(chǎng)1臺1000MW機組循環(huán)水泵在運行時(shí)導軸承型式水潤滑進(jìn)口橡膠軸承出現了簡(jiǎn)體開(kāi)裂的情況，以下重點(diǎn)介紹開(kāi)裂原軸封型式.進(jìn)口填料密封潤滑水、密封水來(lái)源外部因，并提出了相應的處理措施。電機功率/kW2 8001筒體開(kāi)裂情況額定轉速/(r- min'泵運行形式兩機五泵一機三泵-機一泵1.1 設備簡(jiǎn)介流量/(m2.s5)11.0710.5412.98某發(fā)電廠(chǎng)1 000 MW機組于2011年10月202(18.513日正式投入商業(yè)運營(yíng)，循環(huán)水泵由日立泵制造汽蝕余量/m8.7.67.5效率1%8888.287.2(無(wú)錫)有限公司生產(chǎn)，泵殼材質(zhì)為雙相不銹鋼S31803 (00Cr22Ni5Mo3N)材料，葉輪和橡膠導軸.2 筒體開(kāi)裂的檢查承均為日本進(jìn)口。循環(huán)水泵的結構由泵體和抽芯某日該機組循環(huán)水泵A正常運行中電流出兩部分組成，其中泵體部件自下而上由進(jìn)水喇現突升,由325中國煤化工機推力軸叭、1節喇叭接管、4節中間接管(筒體)和吐出承溫度由65%CMHCNMHG緊急停運74浙江電力2014年第7期循環(huán)水泵。表2循環(huán)水泵外殼筒體、 法蘭及焊縫化學(xué)成分的質(zhì)停機后解體循環(huán)水泵檢查發(fā)現軸承支架碎量百分比及標準值裂,支撐筋裂開(kāi)達6處;軸承座焊縫裂開(kāi);葉輪元CIrNiMoN與導流體的密封環(huán)從導流體上掉落，與葉輪一起簡(jiǎn)體實(shí)測值0.01922.525.473.020.17旋轉;導流體的內平面有磨損痕跡;下潤滑 水套法蘭實(shí)測值0.01522.263.22.17管與軸承座連接的止口均有磨損和撞擊的痕跡;焊縫實(shí)測值0.350 22.22 8.182.90 0.11泵簡(jiǎn)體3個(gè)中間接管均有裂紋,其中最嚴重的一-ASTM S31803 <0.03 21-23 4.5-6.5 2.5-3.5 0.08-0.2GB/T 21833<0.0321~234.5-6.5 2.5-3.5 0.08-0.2段是中間接管下法蘭，約2/3都已裂開(kāi)，中間法蘭有1處裂紋軸向貫穿，除最上面的循環(huán)水泵泵鐵素體相.奧氏體相體接管外，其余幾個(gè)接管(簡(jiǎn)體)均出現了近30處的嚴重開(kāi)裂，斷裂源發(fā)生在法蘭和簡(jiǎn)體的焊縫處。其中1個(gè)接管開(kāi)裂情況如圖1所示。圖2法蘭鐵素體和奧氏體顯微照片鐵素體相圖1中間接管開(kāi)裂情況2開(kāi)裂原因分析2.1循環(huán)水泵筒體法蘭和焊縫材料分析經(jīng)檢測，循環(huán)水泵法蘭和外殼筒體材料是雙相不銹鋼，其成分和顯微組織完全符合美國圖3取樣焊縫區域的顯微照片ASTM S31803和GB/T 21833標準的要求，質(zhì)量評定合格。焊縫的化學(xué)元素與標準有差異，檢查焊縫的韌性有較大的影響。結果如表2所示。2.3焊接工藝分析.2法蘭與焊縫區域的金相組織對比制造廠(chǎng)對此類(lèi)法蘭和筒體焊接工藝要求如表.圖2為法蘭鐵素體和奧氏體顯微照片，鐵素3所示。為保證質(zhì)量,特別要求做到以下幾點(diǎn):體和奧氏體含量基本.上各占50%,符合雙相不銹(1)在焊接過(guò)程中焊接線(xiàn)能量應盡可能降低,鋼材料中奧氏體和鐵素體金相的比例要求。奧氏體膨脹系數大，冷收縮應力大，易產(chǎn)生裂紋;圖3為取樣焊縫區域的顯微照片，其中鐵素(2)焊前需預熱，可以減少熱影響區的淬硬體組織含量高達80%左右，奧氏體只占20%左傾向,減緩冷卻速度,防止裂紋的產(chǎn)生;右。焊縫區域的奧氏體和鐵素體組織不匹配，對(3)對鐵素體焊后進(jìn)行熱處理，以消除焊接表3法蘭和筒體的焊接要 求層間溫度焊接電流 焊接電壓 焊接速度 焊 接線(xiàn)能量部位焊接材料.焊接方式備注/(mm*min') /(J. mm法蘭TS-2209(中5 mm)手工<150120-200 20-28150~300≤1 800焊接時(shí)應分層對稱(chēng)，多翻身,以減中國煤化工CO,流量簡(jiǎn)體TFW2209130-220 24-31230-450FYHCNMHG2014年第7期蕭猛,等:1000MW機組循環(huán)水泵筒體開(kāi)裂的原因分析及處理75應力,降低硬度,改善組織結構。通過(guò)調查顯示，現場(chǎng)工人在焊接期間未嚴格按上述焊接工藝要求進(jìn)行焊接工作，這是導致奧氏體、鐵素體比例不匹配的重要原因。2.4制造原因分析對循環(huán)水泵中間接管1與喇叭接管的法蘭面進(jìn)行取樣分析，發(fā)現法蘭焊接斷面有圖4所示的貫穿的未焊透缺陷，而且存在疲勞裂紋，由里向圖7 筒體角焊縫放大外擴展。坡口鈍邊減小了打底時(shí)的角度，增加了打底時(shí)的焊接難度，同時(shí)也使外側焊接困難。破口角度偏小使得在焊接中出現的容重難以順利的熔出，增加焊接缺陷產(chǎn)生的幾率;打底過(guò)程中鈍邊的存在影響焊接的熔透性,熔透性的下降直接影響焊接質(zhì)量，多以?shī)A渣和未融合的形式表現,實(shí)貫穿型未焊透際產(chǎn)生最多的是夾渣。檢查發(fā)現，圖7放大區域元素含有很高的碳和氧元素，表明是有機物，如表4所示。焊縫金圖4法蘭焊接斷面未焊透缺陷屬含氧量增加，焊縫力學(xué)性能大大下降，低溫沖該循環(huán)水泵筒體是由17 mm厚的雙向不銹擊韌性明顯下降，引起冷脆，使得焊件在低溫條鋼板卷制成的內徑為2200mm的圓柱形簡(jiǎn)體，件下的安全性降低。法蘭由4塊90C的拼接成-一個(gè)整體，法蘭與簡(jiǎn)表4角焊縫元素分析體通過(guò)角焊縫連接?；瘜W(xué)元素質(zhì)量百分比1%圖5是制造廠(chǎng)焊縫坡口形式的例子，有破口C45.61^r8.19的母材厚度為5~200 mm。圖6黑色部分為角焊018.93In0.40Si0.8322.02縫，圖7為角焊縫放大后圖片。M0.433.59對焊接區域用氣體進(jìn)行保護，防止空氣與熔T型坡口單邊Y型坡口單邊V型城口化金屬進(jìn)行接觸，是控制焊縫金屬中含氧量的重要手段。氧還可以通過(guò)很多渠道進(jìn)入焊縫中，必須對熔化金屬中的氧進(jìn)行處理，如擴散脫氧、脫x型坡口V型坡口氧劑脫氧等。從檢查的結果看,對焊接區域用氣圖5筒體的角焊縫體進(jìn)行保護，這項措施做的明顯不到位。2.5設計原 因該循環(huán)水泵的轉速為372r/min,旋轉頻率為6.2Hz,葉輪級數為5級。循環(huán)水泵流體模型頻率為31 Hz,與固定振動(dòng)頻率31.58 Hz很接近,從而引起循環(huán)水泵共振。3檢查結論(1)經(jīng)檢測中國煤化工簡(jiǎn)體材料圖6焊接坡口形式是雙相不銹鋼,YHI CNMHG符合美國76浙江電力2014年第7期A(yíng)STM標準、國標的要求，質(zhì)量評定合格。提高整體的剛度。(2)不同段法蘭之間拼接焊縫存在嚴重的未(5)按表5所示增設加強筋，避開(kāi)循環(huán)水泵焊透缺陷，這是導致循環(huán)水泵外殼簡(jiǎn)體發(fā)生異常共振區域，降低循環(huán)水泵振動(dòng)引起簡(jiǎn)體焊接缺陷斷裂的根本原因。加速擴展的可能。(3)法蘭和筒體的角焊縫存在焊接缺陷，這種表5改變循環(huán)水泵共振頻率的措施焊縫坡口設計.上的不合理，是引起焊接強度顯著(zhù)部件名稱(chēng)改造目的下降、進(jìn)而引發(fā)循環(huán)水泵筒體發(fā)生過(guò)早開(kāi)裂的另中間接管3追加設置周向加強筋避開(kāi)固有頻率一重要原因。中間接管2追加設置周向加強筋(4)焊縫處奧氏體組織和鐵素體組織不匹配,追加設置加強筋;通過(guò)避開(kāi)固有頻率，接觸奧氏體組織比例僅20%左右，高倍下微區有大量喇叭接管接觸面的錐形化， 使導微裂紋，這是導致焊縫脆化、不能有效抵御疲勞流體與外簡(jiǎn)體連接穩固面固定，減少磨損振動(dòng)載荷的又--原因。通過(guò)填料函部護管的固減少磨 損，抑制振動(dòng)填料函、護管(5)循環(huán)水泵頻率接近泵體固有頻率，共振定，增加剛性的發(fā)生使上述焊接缺陷加速擴展，短時(shí)間內由法蘭與簡(jiǎn)5結語(yǔ)體的角焊縫、法蘭間的對接焊縫迅速向周?chē)鷶U散，簡(jiǎn)體、法蘭二次開(kāi)裂，甚至形成閉合的裂紋,實(shí)施以上措施后，該循環(huán)水泵運行至今沒(méi)有導致簡(jiǎn)體部分掉落。出現異常,檢修期間解體檢查,循環(huán)水泵各部件完好，這表明循環(huán)水泵筒體開(kāi)裂的原因分析與處4處理措施.理措施正確。(1)在對法蘭段進(jìn)行拼接焊時(shí)，必須嚴格按參考文獻:照焊接工藝規程執行,焊后進(jìn)行100%無(wú)損探傷，[1]董遠景,孫志寶.循環(huán)水泵葉輪損壞原因分析及解決對檢驗不合格者必須返修和補焊，直到滿(mǎn)足質(zhì)量要策[J]四川電力技術(shù), 2004(2):35-36.求為止。(2)法蘭和筒體之間的焊縫坡口改為K型，2]楊青柏,白占橋.循環(huán)水泵軸開(kāi)裂原因分析[J].華北電力技術(shù),2011(9):48-50.加強焊接管理，徹底消除人為造成的焊接缺陷,3]周加平.循環(huán)水泵斷軸原因分析及防范[]江西電力,以提高法蘭和筒體間的焊接強度。2006(3):28-31.(3)鑒于法蘭和簡(jiǎn)體間厚度不同，調整和優(yōu)化一些焊接工藝參數，如焊接線(xiàn)能量、焊接速度、焊層間溫度等，使奧氏體和鐵素體組織相匹收稿日期: 2014-02-17配，以提高焊縫的韌性。作者簡(jiǎn)介:蕭猛(1978-), 男，杭州人，在職研究生，工程(4)對拼接法蘭進(jìn)行焊后熱處理，消除環(huán)向.師，主要從事汽輪機與節能技術(shù)工作。殘余應力;同時(shí)可以沿筒體周向增焊加強筋，以(本文編輯:陸瑩)(上接第48頁(yè))汽溫度控制中的仿真研究[]熱力發(fā)電,2009,38(4):礎上提高機組AGC性能是一項長(cháng)期工作，還有26-30.許多值得探索的問(wèn)題和提升的空間。收稿日期: 2014-06-031]張秋生提高機爐協(xié)調控制系統AGC響應速率的方法.作者簡(jiǎn)介:董春雷中國煤化工程師。從事[J].電網(wǎng)技術(shù),2005 ,29(18);49-52.發(fā)電廠(chǎng)熱工自動(dòng)控MYHCNMHG[2]管志敏,林永君， 王兵樹(shù).自抗擾控制器在火電廠(chǎng)主蒸(個(gè)義編科:陸 瑩)