某电厂循环水泵大轴断裂的原因分析

第36卷第8期华电技术Vol.36 No. 82014年8月Huadian TechnologyAug.2014某电厂循环水泵大轴断裂的原因分析牛文献'，牛保献”(1.华电曹妃甸重工装备有限公司,河北唐山063210; 2.河南省电力工业锅炉压力容器检验中心,郑州450052 )摘要:某电厂超临 界机组循环水泵大轴发生断裂,造成了重大设备事故。对循环水泵大轴断口进行了光谱.硬度和金相检测,依据检测结果,分析了循环水泵大轴发生断裂的原因,提出了预防措施。关键词:循环水泵大轴;断裂;检测;原因分析;防护措施中图分类号:TK 223.5*2.文献标志码:B文章编号:1674- 1951 (2014)08 -0027 -031问题的提出循环水泵作为电厂“水循环的重要设备,其安全状况直接影响到机组水循环系统能否安全可靠运行。2013年,某电厂*1机组1A循环水泵在运行中突然出现了大轴断裂现象,造成了重大设备事故。水泵型号为1800HLBK - 24. 1,断裂的水泵大轴材料为2Cr13,规格为β186mm。大轴断裂后,随即对循环水泵大轴材料进行了金相检测和原因分析。图2断裂位置形貌 12检查情况0112.1宏 观检查断裂的位置在下主轴的下端键槽的上端处(如图1、图2所示),断裂起源于轴的内部,起源处断面沿纵向分布,距外表面约46mm,先沿周向扩展约40mm后转向外表面(如图3、图4所示),主裂纹在轴图3断裂位置形 貌2向上分布很长,总长约900mm。在裂纹前端将轴锯开，观察轴的横截面,发现轴的心部与边缘颜色不同,边缘颜色浅的区域深度约20mm,两处硬度也不同(见本章2.3硬度检验)。4阳22:图4断裂位置形貌 32.2光谱 检测6断裂位置使用XL3t 800合金分析仪对1A轴的材质进行格中国煤化工YHCNMH G的检测结果%材料w( Mn) w( Cr)w(Ni)结果比较2Cr130.5012. 500.30相符图1断裂位置示意GB 1220- 200712. 0~《不锈钢棒》≤0.1014.0≤0.60.收稿日期:2013-07 -19;修回日期:2014 -08 -01.28●华电技术.第36卷2.3 硬度检验2.4 断口检验使用Bambino2里氏硬度计对1A轴的2个样品对1A轴的断口进行观察,发现断裂起源于轴进行硬度检验,检验位置如图3~图5所示,检测结的心部(如图6所示),起源区较宽，沿轴向分布,起果(每个检测位置点选取4个硬度值,最后取平均源区颜色发黑、呈颗粒状,断裂起源及扩展形貌如图值)见表2。7、图8所示。断裂起源处4图6轴的断裂形貌图5轴的横 截面形貌表2硬度检验结果HB测点硬度值.硬度平均值*1257270256252断裂扩展方向2222250244222402474751'434434464538*53413826460*6348363576366图7断裂起源及扩 展形貌1"7273279828282283275276284*929029629899294102602632642661127126212303302011332832261437037737176154134116图8断裂起源及扩 展形貌2291892932.5微观检测1797300在图5的"1, "5,图4的*18及图6的A处取1836435935862373样进行金相检验。.19417414416412A处(如图9~图11所示):组织为马氏体+碳2038338639281388化物+铁素体,为不合格组织,组织中有淬火裂纹,断裂书沉出当汽日断刚此平附近有沿晶裂纹。21418410415中国煤化工组织为马氏体+碳化422431420物，TY HCNMH G按照DL/T 438- -2009《火力发电厂 金属技术监"1处(如图13所示):组织为回火索氏体+碳.督规程》要求,2Cr13钢硬度范围为212~277HB,而化物+铁素体。1A轴断裂位置( *9, *12, *15, *18, *4, *5, *6)表*5处(如图14所示):组织为马氏体+碳化面及心部硬度值均超出标准值。物+铁素体,为不合格组织。第8期牛文献,等:某电厂循环水泵大轴断裂的原因分析图9A处组织形貌x 1000图13"1处组织形貌.图10A处淬火裂纹形貌x500图14 *5 处组织形貌3原因分析(1)断裂起源处颜色发黑,说明断裂源是在大轴加热过程中产生的。(2)2Cr13钢经淬火并高温回火后才能使用,正常金相组织应为回火索氏体。从检查结果来看,断裂轴未经过整体正常热处理,组织为马氏体+碳化物+铁素体,为不合格组织。同时,相应的硬度检验结果也不符合相关标准的要求。(3)断裂起源为轴的心部,正好位于表面及心.图11A处断口附近沿晶裂纹形貌x500部组织的不合格区域。断裂起源处组织中有沿晶裂纹,是热处理时产生的淬火裂纹。4预防措施针对*1机组1A循环水泵大轴的断裂的问题,作者提出了如下防护措施。中国煤化工i循环水泵大轴进行硬度及MHCNMHG(2)对存在问题的大轴进行更换,且新轴的各项性能指标应符合相关标准的要求。(3)在机组运行过程中,应定期对大轴进行检图12 '18 处组织形貌查,发现问题及时处理。(下转第33页)第8期李鹏,等:低温燃烧法在燃用准东煤锅炉上的应用，33●工况3:准东煤的掺烧比例约为80% ,A,B,C,D比例维持在80%;(2)2台锅炉无流焦，捞渣机渣磨煤机上准东露天煤与井工煤混煤(准东煤与井工量渣块的颜色正常;(3) *1, 2机组先后降负荷至.煤比例为8: 2),E,F 磨煤机上准东煤与井工煤混230MW ,稳定运行4 h,锅炉未发生大量掉焦。煤(准东煤与井工煤比例为1: 1)。通过试验摸索, *1锅炉的准东煤掺烧比例由40%炉膛烟温分布试验结果如图4所示。在图4.提高至80%,经过试验验证,*1锅炉在额定负荷条件中,编号1,2对应"1角位置,编号3,4对应*2角位下掺烧80%准东煤是完全可行的,在井工煤性能稳定置,编号5,6对应"3角位置,编号7,8对应“4角.的条件下,也具备了90%掺烧准东煤的可行性。位置。5结论1 300 CT工况1根据西安热工研究院对准东煤的研究结果:1 200 C+8人>2“燃用准东煤结焦是不可避免的。”在关键技术没有r 100 c+获得突破之前,对于火电厂来说,控制炉膛各处温度1000 c-工况2低于灰熔点温度是低温燃烧法的关键。采用各种手900 C-段,控制炉膛截面热负荷和容积热负荷是现阶段燃7-+8009-用准东煤的关键。通过验证,找出了一些在锅炉设计上可以进行优化的关键点,如增加吹灰器、密布炉_工况3膛温度测点、加大炉膛高度、分层燃烧器布置等措施都是低温燃烧法的关键点。Y4参考文献:[1]陈新蔚，庄新国,周继兵,等.准东煤田煤质特征及分布图4炉膛烟温 分布试验情况规律[J].新疆地质,2013 ,3(31):89 -92.由图4可知,工况1的整体温度最低,其次是[2]蒙毅,刘家利.特变电工新疆硅业有限公司350MW机组工况2,工况3总体温度分布范围最大。工况2与锅炉燃用天池能源南露天矿煤锅炉设备选型研究[R].工况3的局部温度差较大。其中工况3掺烧比例已西安:西安热工研究院,2011.[3]张军,汉春利,刘坤磊,等.煤中碱金属及其在燃烧中的经为80% ,在炉内SOFA之上温度分布很不均匀,易行为[J].热能动力工程,1999,14(2):83 - 85.发生局部过热。局部温度超过灰熔点,炉膛结焦。[4]贾明生,张乾熙.影响煤灰熔融性温度的控制因素[J].掺烧比例提高后,进人炉膛的准东煤量增加,主煤化工,2007(3):1-5.燃烧区域上移且炉内温度增加。煤粉很难在SOFA.[5]毛军,徐明厚,李帆.碱性矿物质对煤灰熔融特性影响的以下燃尽,很多未燃尽的煤粉在SOFA及以上区域研究[J].华中科技大学学报:自然科学版,2003 ,31(4):59 - 62.继续燃烧放热。炉膛出口温度上升明显。炉膛上部(本文责编:王书平)即EF层喷燃器以上的温度也随掺烧比的提高明显升高。如果对此种燃烧工况不采取降低燃烧温度的作者简介:措施,炉膛会发生大量结焦和沾污。李鹏(1978- -),男,新疆乌鲁木齐人,高级工程师,从事4.3 试验验证火力发电厂运行管理工作( E-mail:lpc77@ 163. com)。锅炉进行了为期1周的大负荷试验:(1)机组曾琦(1975一),男,新疆乌鲁木齐人,高级工程师,从事.超负荷运行(额定1 120t/h,运行在1 150t/h),掺配火力发电厂运行管理工作( E-mail:2622918928@ qq. com)。(上接第29页)行创造了条件。中国煤化工(本文责编:王书平)MHCNMHG作者认为,“1机组1A循环水泵大轴发生断裂的，原因是大轴热处理状态不正常且在淬火时出现淬牛文献(1972-),男,河南林州人,副总经理,高级工程火裂纹,在使用过程中淬火裂纹不断扩展,并最终导师,从事金属材料研究管理方面的工作(E-mail:niuwx@致了断裂。提出了预防措施后，为机组长期稳定运.chee. com. cn)。