2 汽轮机的寿命管理
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
汽轮机的寿命管理
第一节 基本概念 一、汽轮机寿命的概念 汽轮机的使用寿命，目前普遍使用无裂 纹寿命的概念。 汽轮机的寿命实质上是汽轮机主要部件 金属材料永久性损坏的标志。 研究汽轮机的寿命损耗实质上是研究汽 轮机转子的寿命损耗。
二 热应力
热应力的基本概念。 汽轮机在起停过程中和工况变化时，由于接触 汽轮机转子各段蒸汽温度的变化引起汽轮机转 子温度的变化，而产生的热变形和热应力的形 式表现为不均匀受热物体的热变形和热应力。 汽轮机转子冷态启动理想温升趋势图如下：
G/A600MW机组汽轮机负荷分配表 G/A600MW机组汽轮机负荷分配表
运行方式 寿命损耗 率（%） 30a内使用 次数
冷态启动 温态启动 热态启动 极热态启动 负荷突变 合计
0.001. 0.002 0.013 0.001 《0.001
120 1100 4500 500 4000
每年寿命 损耗（%） 0.004 0.0733 1.94 0.0167 0.1333
P193 图15--2
三 交变热应力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ转子寿命损耗
金属材料在交变应力反复作用下，会出现疲劳损伤。 汽轮机在启停和工况变化过程中，转子承受交变应力作 用。 这种交变应力的循环特点是：交变循环周期长，频率低、 疲劳裂纹萌发的循环次数少，故称低周疲劳。
P197 图15--4
四 热冲击
金属材料受到剧烈的加热和冷却，引起 内部产生很大的温差，于是形成很大的 冲击热应力的现象称为热冲击。 汽轮机热态启动时易产生热冲击。 电网或发电机故障而引起汽轮机甩负荷 后带厂用电或空负荷运行，也将造成汽 轮机热冲击。
一、汽轮机寿命的合理分配
目前通常认为汽轮机的服役年限30a，在这30a的 时间里，如何合理分配汽轮机的寿命，充分利用 汽轮机的寿命，以取得最大的经济效益是汽轮机 寿命分配的出发点。 汽轮机的寿命分配，取决于机组在电网中的运行 方式， 对于带基本负荷的机组，汽轮机的寿命损耗主要 为高温蠕变和正常检修启停所需低周疲劳对汽轮 机寿命的损耗。 对于调峰机组，除检修和维护正常停机之外还应 根据电网要求，安排一定次数的热态启动和一定 范围内的负荷变化。
五 低温脆性
低温脆性是指高强度合金钢在某一低温 范围内，韧性特性显著下降的一种现象。 自从50年代相继发生多起高强度合金钢 低温脆性破坏的严重事故后，低温脆性 破坏引起人们的高度重视。 目前，对防止汽轮机转子低温脆性破坏 形成了一系列行之有效的措施。
六 高温蠕变
所谓蠕变即金属在高温下，长期承受一定的工作 应力，即使应力不超过金属在该温度下的许用应 力，也将发生缓慢的连续的塑性变形现象。 实践证明，金属的蠕变与金属材料所承受的工作 应力工作温度有密切的关系。
0.005. 0.0030 0.0013 0.0010 0.00025
100 1200 4500 500 4500
每年寿命 损耗（%） 0.0167 0.12 0.195 0.0167 0.0375 0.3859
30a内寿命 损耗（%） 0.50 3.6 5.85 0.5 1.125 11.575
由表可知，该机组寿命损耗余度较大，30a内各 种运行工况由交变热应力循环所损耗的寿命仅占 总寿命的11.575%，其余88.425%作为高温蠕变和 富裕量。因此，ABB的超临界600MW机组其设 计寿命富裕是较大的。 机组能在最大连续出力到锅炉最低负荷之间运行。 汽轮发电机组能够复合滑压/定压运行。35%额定 负荷以下定压运行；35%--90%额定负荷为滑压 运行；90%额定负荷以上为定压运行。 汽轮机对蒸汽参数的限制： 汽轮发电机组稳定运行承受的负荷变化率：
二、汽轮机寿命监测
汽轮机寿命分配虽给运行预先给定了运行方案和 寿命损耗率，但是，在实际运行过程中，由于不 可测的因素较多，可能导致实际寿命损耗与预先 分配值有较大的偏差，因此，有必要对汽轮机寿 命损耗进行监测。 从目前引进的大机组来看，它们均装备了寿命监 测装置。这套装置不仅能在机组启停和负荷变化 中计测寿命的损耗并累计，而且还和汽轮机的控 制系统结合在一起，对机组的启停和负荷变化进 行自动控制，即闭环控制。 热应力计算机的应用。
ABB的超临界600MW汽轮机寿命分配表 ABB的超临界600MW汽轮机寿命分配表
机组能满足调峰运行的要求，预期机组年运行小时数不 应小于7800h，具体分配是：满负荷 4800h；75%额定 负荷 2000h；50%额定负荷 1000h
运行方式 寿命损耗 率（%） 30a内使用 次数
冷态启动 温态启动 热态启动 极热态启动 负荷突变 合计
P198 图15—5
15—6
第二节 汽轮机寿命损耗管理
汽轮机寿命管理包括两层内容： 第一是国家宏观指定的服役年限内，根据机组 的带负荷方式进行寿命预分配，制定汽轮机寿 命分配表，指导运行，以取得最大的经济效益。 第二是进行汽轮机寿命的离线或在线检测，在 汽轮机启停和变工况运行时，控制蒸汽温度和 负荷的变化率，控制汽轮机部件的热应力，使 机组的寿命损耗不超过其预分配值，在机组规 定使用年限内，实现最佳的安全经济运行，使 机组发挥最佳的经济效益，实现机组运行寿命 的科学管理。
30a内寿命 损耗（%） 0.12 2.2 58.5 0.5 4.0 65.32
这数值与ABB机组比较，当然不及ABB的先进，特别是热态启动时 的寿命损耗，每启动一次，G/A机组的寿命损耗为ABB机组的10倍。 究其原因，从结构上看，主要可能是ABB机组的焊接转子及高压缸 比套筒式等较为先进的缘故。
第一节 基本概念 一、汽轮机寿命的概念 汽轮机的使用寿命，目前普遍使用无裂 纹寿命的概念。 汽轮机的寿命实质上是汽轮机主要部件 金属材料永久性损坏的标志。 研究汽轮机的寿命损耗实质上是研究汽 轮机转子的寿命损耗。
二 热应力
热应力的基本概念。 汽轮机在起停过程中和工况变化时，由于接触 汽轮机转子各段蒸汽温度的变化引起汽轮机转 子温度的变化，而产生的热变形和热应力的形 式表现为不均匀受热物体的热变形和热应力。 汽轮机转子冷态启动理想温升趋势图如下：
G/A600MW机组汽轮机负荷分配表 G/A600MW机组汽轮机负荷分配表
运行方式 寿命损耗 率（%） 30a内使用 次数
冷态启动 温态启动 热态启动 极热态启动 负荷突变 合计
0.001. 0.002 0.013 0.001 《0.001
120 1100 4500 500 4000
每年寿命 损耗（%） 0.004 0.0733 1.94 0.0167 0.1333
P193 图15--2
三 交变热应力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ转子寿命损耗
金属材料在交变应力反复作用下，会出现疲劳损伤。 汽轮机在启停和工况变化过程中，转子承受交变应力作 用。 这种交变应力的循环特点是：交变循环周期长，频率低、 疲劳裂纹萌发的循环次数少，故称低周疲劳。
P197 图15--4
四 热冲击
金属材料受到剧烈的加热和冷却，引起 内部产生很大的温差，于是形成很大的 冲击热应力的现象称为热冲击。 汽轮机热态启动时易产生热冲击。 电网或发电机故障而引起汽轮机甩负荷 后带厂用电或空负荷运行，也将造成汽 轮机热冲击。
一、汽轮机寿命的合理分配
目前通常认为汽轮机的服役年限30a，在这30a的 时间里，如何合理分配汽轮机的寿命，充分利用 汽轮机的寿命，以取得最大的经济效益是汽轮机 寿命分配的出发点。 汽轮机的寿命分配，取决于机组在电网中的运行 方式， 对于带基本负荷的机组，汽轮机的寿命损耗主要 为高温蠕变和正常检修启停所需低周疲劳对汽轮 机寿命的损耗。 对于调峰机组，除检修和维护正常停机之外还应 根据电网要求，安排一定次数的热态启动和一定 范围内的负荷变化。
五 低温脆性
低温脆性是指高强度合金钢在某一低温 范围内，韧性特性显著下降的一种现象。 自从50年代相继发生多起高强度合金钢 低温脆性破坏的严重事故后，低温脆性 破坏引起人们的高度重视。 目前，对防止汽轮机转子低温脆性破坏 形成了一系列行之有效的措施。
六 高温蠕变
所谓蠕变即金属在高温下，长期承受一定的工作 应力，即使应力不超过金属在该温度下的许用应 力，也将发生缓慢的连续的塑性变形现象。 实践证明，金属的蠕变与金属材料所承受的工作 应力工作温度有密切的关系。
0.005. 0.0030 0.0013 0.0010 0.00025
100 1200 4500 500 4500
每年寿命 损耗（%） 0.0167 0.12 0.195 0.0167 0.0375 0.3859
30a内寿命 损耗（%） 0.50 3.6 5.85 0.5 1.125 11.575
由表可知，该机组寿命损耗余度较大，30a内各 种运行工况由交变热应力循环所损耗的寿命仅占 总寿命的11.575%，其余88.425%作为高温蠕变和 富裕量。因此，ABB的超临界600MW机组其设 计寿命富裕是较大的。 机组能在最大连续出力到锅炉最低负荷之间运行。 汽轮发电机组能够复合滑压/定压运行。35%额定 负荷以下定压运行；35%--90%额定负荷为滑压 运行；90%额定负荷以上为定压运行。 汽轮机对蒸汽参数的限制： 汽轮发电机组稳定运行承受的负荷变化率：
二、汽轮机寿命监测
汽轮机寿命分配虽给运行预先给定了运行方案和 寿命损耗率，但是，在实际运行过程中，由于不 可测的因素较多，可能导致实际寿命损耗与预先 分配值有较大的偏差，因此，有必要对汽轮机寿 命损耗进行监测。 从目前引进的大机组来看，它们均装备了寿命监 测装置。这套装置不仅能在机组启停和负荷变化 中计测寿命的损耗并累计，而且还和汽轮机的控 制系统结合在一起，对机组的启停和负荷变化进 行自动控制，即闭环控制。 热应力计算机的应用。
ABB的超临界600MW汽轮机寿命分配表 ABB的超临界600MW汽轮机寿命分配表
机组能满足调峰运行的要求，预期机组年运行小时数不 应小于7800h，具体分配是：满负荷 4800h；75%额定 负荷 2000h；50%额定负荷 1000h
运行方式 寿命损耗 率（%） 30a内使用 次数
冷态启动 温态启动 热态启动 极热态启动 负荷突变 合计
P198 图15—5
15—6
第二节 汽轮机寿命损耗管理
汽轮机寿命管理包括两层内容： 第一是国家宏观指定的服役年限内，根据机组 的带负荷方式进行寿命预分配，制定汽轮机寿 命分配表，指导运行，以取得最大的经济效益。 第二是进行汽轮机寿命的离线或在线检测，在 汽轮机启停和变工况运行时，控制蒸汽温度和 负荷的变化率，控制汽轮机部件的热应力，使 机组的寿命损耗不超过其预分配值，在机组规 定使用年限内，实现最佳的安全经济运行，使 机组发挥最佳的经济效益，实现机组运行寿命 的科学管理。
30a内寿命 损耗（%） 0.12 2.2 58.5 0.5 4.0 65.32
这数值与ABB机组比较，当然不及ABB的先进，特别是热态启动时 的寿命损耗，每启动一次，G/A机组的寿命损耗为ABB机组的10倍。 究其原因，从结构上看，主要可能是ABB机组的焊接转子及高压缸 比套筒式等较为先进的缘故。