汽轮机隔板开裂原因分析及处理

贺卫国 王建 黄强

摘要：介绍了某厂9E燃气轮机联合循环机组中的汽轮机一、二级隔板多处开裂，从隔板结构和运行工况分析裂纹产生的原因，提出了现场修复方案，为同类型机组修复开裂隔板提供参考。

关键词：汽轮机;隔板;裂纹;冷焊

0引言

某电厂安装有两套S109E燃气-蒸汽联合循环机组，其配置型式为1台燃机+1台汽轮机+2台发电机+1台余热锅炉，两班制运行方式。汽轮机由哈尔滨汽轮机厂制造，型号为N60-/5.6/O.56/527/255。该汽轮机为双压、单轴、单缸、冲动、凝汽式机组，整个汽缸由汽缸前部、汽缸中部和排汽缸组成。汽缸内部装有高压蒸汽室、高压内缸、三级隔板套和前后汽封。高压内缸装有1～6级隔板，其后的I级隔板套安装有7～11级隔板，II级隔板套安装有12～14级隔板，III级隔板套安装有15～16级隔板;17、18级直接装在汽缸上。第一套机组于2004年5月投运，在2018年11月，机组第三次大修，发现汽轮机一、二级隔板，均有较长的开裂缺陷，直接影响到隔板的继续使用。为保证机组安全投入运行，对隔板开裂进行了原因分析，并采取现场焊接的方法，实现了隔板现场修复。

1汽轮机隔板开裂原因分析

机组大修，汽轮机解体后发现一级隔板上半内环有长约100mm的断续性裂纹（如图1），二级隔板上半外环有两处严重开裂，有一处长度达280mm（如图2），一处长度约120mm。

隔板结构如图3、4所示，其中1为隔板外环，5为隔板内环，3为导叶片，2为外围带，4为内围带。

汽轮机隔板体材质为ZG20CrMoV，是铸钢件。由于材料中Cr元素的质量分数较大，在浇注时，其液态金属的流动性不好，充满铸型的能力差，容易形成如气孔、砂眼、疏松、缩孔铸造缺陷，经过长期的高温运行，这些缺陷可能会发展成裂纹。另外，隔板结构较复杂（见图5），汽轮机静叶镶嵌隔板环上（静叶材料为1Cr11MoV），隔板环（内外）材料为12Cr1MoV，与铸钢隔板体焊接而成，是合金钢与铸钢件的焊接，焊接厚度较大，需要严格的预热、热处理和防止隔板变形的工艺，焊接产生的残余应力，容易造成铸钢件的拉裂，特别在有外力作用时，脆硬的铸钢材料容易开裂。这次发现的长裂缝，在隔板外圈铸钢件上。在裂纹打磨消除过程中，发现静叶镶嵌焊接时形成的焊缝存在严重的焊缝未焊透、孔穴，未熔合等严重的缺陷，用超声波探伤方法，检查静叶的焊缝质量，发现隔板焊缝断续存在未焊透，未融合，孔穴等严重焊接缺陷。这些焊接缺陷，消弱了焊缝隔板的强度，特别在机组运行启停频繁的恶劣运行工况下，焊接缺陷的扩展，产生开裂或长裂纹。这次隔板外出加工，更换阻汽片的运输中，又受到运输过程汽车颠簸形成的冲击外力，造成了裂纹的迅速扩展，形成了长裂缝。

2汽轮机隔板裂纹现场修复

汽轮机一、二级隔板裂纹缺陷较严重，直接影响到隔板的正常使用，存在严重的安全隐患，需要对其缺陷进行修复。考虑到现场无热处理条件，参照汽轮机铸钢件补焊技术导则，采取冷补焊工艺进行修复。补焊修复工艺如下：

2.1缺陷消除及坡口制作

分别对一级隔板上半内环、二级隔板上半外环所有裂纹进行打磨，打磨方法采用角向磨光机或电动磨头等机械方法打磨，边打磨边用肉眼或借助5-10倍放大鏡观察，直到彻底消除裂纹为止，打磨出焊缝孔穴，内部有杂物，需用酒精清洗洁净，并对打磨区域进行渗透探伤检查，确认裂纹已全部消除。裂纹挖除后，将坡口修理成方便补焊的V型坡口，坡口最终形状应表面平缓，在焊口两侧周围10mm及其表面范围内清理干净，全部呈现金属光泽，并用酒精或丙酮对打磨好的位置进行清洗，将油污等杂质去除干净。为了防止裂纹在修复时进一步扩展，根据裂纹深度选取Φ5的钻头在裂纹两端打止裂孔。止裂孔距离裂纹尖端约3mm，止裂孔深度大于裂纹深度3-5mm。

2.2焊接变形监测

为保证焊接变形控制在1mm内，焊接过程必须进行变形监控，焊前把隔板固定在焊接工装平台上，隔板两侧架设2个方向百分表，监测变形量， 焊接过程变形量明显时（变形数值超过0.5mm），应立即停止焊接，待冷却后观测，或严格控制焊接速度或焊接温度，保证变形控制在要求范围内。

2.3焊接工艺

焊材选择：采用型号为ENi6182/SNi6082镍基焊丝和焊条冷焊材料;

焊前预热：采用火焰加热，对隔板焊接坡口两侧处局部预热，预热范围为坡口及两侧，预热温度80-100℃，均匀加热，使用红外线测温仪进行现场温度监测。

2.4焊接过程控制

为减小变形，对长度较长的补焊区域采用分段焊接，如把280mm长补焊区域分成4段，每70mm一段，按顺序编为1、2、3、4段，在预热温度下，1、3，2、4交替焊接，采用多层多道焊接，先沿坡口表面用焊丝敷焊2mm-3mm的打底层，然后再用焊条补焊，在填充补焊时，用红外线测温仪进行检测，道间温度不高于预热温度的上限100℃。采用电焊施焊时，各焊道焊后可采用手锤立即趁红热状态进行锤击，使用锤头直径为5mm，焊接完成后用机械方法进行打磨，并测量焊接变形量。

2.5焊后检查

用角磨机将焊缝余高磨平，然后进行抛光。用5-10倍放大镜对补焊区域先进行100%的外观检查，再用渗透探伤检查，补焊区域不得存在裂纹、未熔合、气孔等外观缺陷。

2.6尺寸恢复：在焊口检验合格后，全面用磨光机手工加工隔板到尺寸要求范围内 。

3结语

对于频繁启停的汽轮机，隔板制作过程遗留的焊接缺陷，很容易在运行中产生开裂现象，在检修中，现场采用镍基焊材冷焊的修复方法，工艺简单，检修效率高，安全可靠，可以有效解决隔板开裂问题，延长隔板的使用时间。

冷焊修复后的隔板，运行半年后复查，均未发现异常，说明该修复方案在修复隔板裂纹缺陷上，具有较强的适用性，是高频率启停运行机组隔板开裂修复较好的选择。

参考文献：

[1]许春义.湛江发电厂给水泵汽轮机隔板裂纹的分析及焊接修复[J].广东电力，2004（6）：104-107.

[2]DL-T 753-2015.汽轮机铸钢件补焊技术导则[S].

作者简介：

贺卫国（1968-），男，山西交城人，北京国际电气工程有限责任公司高级工程师，一直从事火力发电厂金属监督、焊接、电厂设备检修技术管理工作。