1000 MW机组循环水泵筒体开裂的原因分析及处理

浙江电力2014年第7期ZHEJIANG ELECTRIC POWER731000MW机组循环水泵筒体开裂的原因分析及处理萧猛，吴华强(浙江浙能嘉兴发电有限公司，浙江嘉兴314201)摘要:针对某1000MW机组循环水泵在运行中出现筒体开裂现象，从循环水泵筒体法兰和焊缝材料、法兰与焊缝区域的金相组织对比、焊接工艺、设计与制造等几个方面进行了分析，得出法兰之间拼接焊缝存在严重的未焊透缺陷、法兰和筒体的角焊缝坡口设计不合理是引发筒体发生过早断裂的重要原因。针对性地采取相应处理措施后,消除了循环水泵简体开裂隐患。关键词: 1 000 MW机组;循环水泵;简体;共振频率中图分类号: TK264.1文献标志码: B文章编号: 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循环水泵是火力发电厂重要的辅助设备之.弯管组成。技术参数如表1所示。-，它的可靠运行是发电厂安全经济运行的重要表1循环水泵技 术规范保证。循环水泵的工作环境相对恶劣，尤其是地名称技术参数处沿海的发电厂，长期处于露天、腐蚀、水位多型号2200HDC- 20变等恶劣的条件下工作，导致故障率偏高。某沿抽芯导叶式混流泵海发电厂1台1000MW机组循环水泵在运行时导轴承型式水润滑进口橡胶轴承出现了简体开裂的情况，以下重点介绍开裂原轴封型式.进口填料密封润滑水、密封水来源外部因，并提出了相应的处理措施。电机功率/kW2 8001筒体开裂情况额定转速/(r- min'泵运行形式两机五泵一机三泵-机一泵1.1 设备简介流量/(m2.s5)11.0710.5412.98某发电厂1 000 MW机组于2011年10月202(18.513日正式投入商业运营，循环水泵由日立泵制造汽蚀余量/m8.7.67.5效率1%8888.287.2(无锡)有限公司生产，泵壳材质为双相不锈钢S31803 (00Cr22Ni5Mo3N)材料，叶轮和橡胶导轴.2 筒体开裂的检查承均为日本进口。循环水泵的结构由泵体和抽芯某日该机组循环水泵A正常运行中电流出两部分组成，其中泵体部件自下而上由进水喇现突升,由325中国煤化工机推力轴叭、1节喇叭接管、4节中间接管(筒体)和吐出承温度由65%CMHCNMHG紧急停运74浙江电力2014年第7期循环水泵。表2循环水泵外壳筒体、 法兰及焊缝化学成分的质停机后解体循环水泵检查发现轴承支架碎量百分比及标准值裂,支撑筋裂开达6处;轴承座焊缝裂开;叶轮元CIrNiMoN与导流体的密封环从导流体上掉落，与叶轮一起简体实测值0.01922.525.473.020.17旋转;导流体的内平面有磨损痕迹;下润滑 水套法兰实测值0.01522.263.22.17管与轴承座连接的止口均有磨损和撞击的痕迹;焊缝实测值0.350 22.22 8.182.90 0.11泵简体3个中间接管均有裂纹,其中最严重的一-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段是中间接管下法兰，约2/3都已裂开，中间法兰有1处裂纹轴向贯穿，除最上面的循环水泵泵铁素体相.奥氏体相体接管外，其余几个接管(简体)均出现了近30处的严重开裂，断裂源发生在法兰和简体的焊缝处。其中1个接管开裂情况如图1所示。图2法兰铁素体和奥氏体显微照片铁素体相图1中间接管开裂情况2开裂原因分析2.1循环水泵筒体法兰和焊缝材料分析经检测，循环水泵法兰和外壳筒体材料是双相不锈钢，其成分和显微组织完全符合美国图3取样焊缝区域的显微照片ASTM S31803和GB/T 21833标准的要求，质量评定合格。焊缝的化学元素与标准有差异，检查焊缝的韧性有较大的影响。结果如表2所示。2.3焊接工艺分析.2法兰与焊缝区域的金相组织对比制造厂对此类法兰和筒体焊接工艺要求如表.图2为法兰铁素体和奥氏体显微照片，铁素3所示。为保证质量,特别要求做到以下几点:体和奥氏体含量基本.上各占50%,符合双相不锈(1)在焊接过程中焊接线能量应尽可能降低,钢材料中奥氏体和铁素体金相的比例要求。奥氏体膨胀系数大，冷收缩应力大，易产生裂纹;图3为取样焊缝区域的显微照片，其中铁素(2)焊前需预热，可以减少热影响区的淬硬体组织含量高达80%左右，奥氏体只占20%左倾向,减缓冷却速度,防止裂纹的产生;右。焊缝区域的奧氏体和铁素体组织不匹配，对(3)对铁素体焊后进行热处理，以消除焊接表3法兰和筒体的焊接要 求层间温度焊接电流 焊接电压 焊接速度 焊 接线能量部位焊接材料.焊接方式备注/(mm*min') /(J. mm法兰TS-2209(中5 mm)手工<150120-200 20-28150~300≤1 800焊接时应分层对称，多翻身,以减中国煤化工CO,流量简体TFW2209130-220 24-31230-450FYHCNMHG2014年第7期萧猛,等:1000MW机组循环水泵筒体开裂的原因分析及处理75应力,降低硬度,改善组织结构。通过调查显示，现场工人在焊接期间未严格按上述焊接工艺要求进行焊接工作，这是导致奥氏体、铁素体比例不匹配的重要原因。2.4制造原因分析对循环水泵中间接管1与喇叭接管的法兰面进行取样分析，发现法兰焊接断面有图4所示的贯穿的未焊透缺陷，而且存在疲劳裂纹，由里向图7 筒体角焊缝放大外扩展。坡口钝边减小了打底时的角度，增加了打底时的焊接难度，同时也使外侧焊接困难。破口角度偏小使得在焊接中出现的容重难以顺利的熔出，增加焊接缺陷产生的几率;打底过程中钝边的存在影响焊接的熔透性,熔透性的下降直接影响焊接质量，多以夹渣和未融合的形式表现,实贯穿型未焊透际产生最多的是夹渣。检查发现，图7放大区域元素含有很高的碳和氧元素，表明是有机物，如表4所示。焊缝金图4法兰焊接断面未焊透缺陷属含氧量增加，焊缝力学性能大大下降，低温冲该循环水泵筒体是由17 mm厚的双向不锈击韧性明显下降，引起冷脆，使得焊件在低温条钢板卷制成的内径为2200mm的圆柱形简体，件下的安全性降低。法兰由4块90C的拼接成-一个整体，法兰与简表4角焊缝元素分析体通过角焊缝连接。化学元素质量百分比1%图5是制造厂焊缝坡口形式的例子，有破口C45.61^r8.19的母材厚度为5~200 mm。图6黑色部分为角焊018.93In0.40Si0.8322.02缝，图7为角焊缝放大后图片。M0.433.59对焊接区域用气体进行保护，防止空气与熔T型坡口单边Y型坡口单边V型城口化金属进行接触，是控制焊缝金属中含氧量的重要手段。氧还可以通过很多渠道进入焊缝中，必须对熔化金属中的氧进行处理，如扩散脱氧、脱x型坡口V型坡口氧剂脱氧等。从检查的结果看,对焊接区域用气图5筒体的角焊缝体进行保护，这项措施做的明显不到位。2.5设计原 因该循环水泵的转速为372r/min,旋转频率为6.2Hz,叶轮级数为5级。循环水泵流体模型频率为31 Hz,与固定振动频率31.58 Hz很接近,从而引起循环水泵共振。3检查结论(1)经检测中国煤化工简体材料图6焊接坡口形式是双相不锈钢,YHI CNMHG符合美国76浙江电力2014年第7期ASTM标准、国标的要求，质量评定合格。提高整体的刚度。(2)不同段法兰之间拼接焊缝存在严重的未(5)按表5所示增设加强筋，避开循环水泵焊透缺陷，这是导致循环水泵外壳简体发生异常共振区域，降低循环水泵振动引起简体焊接缺陷断裂的根本原因。加速扩展的可能。(3)法兰和筒体的角焊缝存在焊接缺陷，这种表5改变循环水泵共振频率的措施焊缝坡口设计.上的不合理，是引起焊接强度显著部件名称改造目的下降、进而引发循环水泵筒体发生过早开裂的另中间接管3追加设置周向加强筋避开固有频率一重要原因。中间接管2追加设置周向加强筋(4)焊缝处奥氏体组织和铁素体组织不匹配,追加设置加强筋;通过避开固有频率，接触奥氏体组织比例仅20%左右，高倍下微区有大量喇叭接管接触面的锥形化， 使导微裂纹，这是导致焊缝脆化、不能有效抵御疲劳流体与外简体连接稳固面固定，减少磨损振动载荷的又--原因。通过填料函部护管的固减少磨 损，抑制振动填料函、护管(5)循环水泵频率接近泵体固有频率，共振定，增加刚性的发生使上述焊接缺陷加速扩展，短时间内由法兰与简5结语体的角焊缝、法兰间的对接焊缝迅速向周围扩散，简体、法兰二次开裂，甚至形成闭合的裂纹,实施以上措施后，该循环水泵运行至今没有导致简体部分掉落。出现异常,检修期间解体检查,循环水泵各部件完好，这表明循环水泵筒体开裂的原因分析与处4处理措施.理措施正确。(1)在对法兰段进行拼接焊时，必须严格按参考文献:照焊接工艺规程执行,焊后进行100%无损探伤，[1]董远景,孙志宝.循环水泵叶轮损坏原因分析及解决对检验不合格者必须返修和补焊，直到满足质量要策[J]四川电力技术, 2004(2):35-36.求为止。(2)法兰和筒体之间的焊缝坡口改为K型，2]杨青柏,白占桥.循环水泵轴开裂原因分析[J].华北电力技术,2011(9):48-50.加强焊接管理，彻底消除人为造成的焊接缺陷,3]周加平.循环水泵断轴原因分析及防范[]江西电力,以提高法兰和筒体间的焊接强度。2006(3):28-31.(3)鉴于法兰和简体间厚度不同，调整和优化一些焊接工艺参数，如焊接线能量、焊接速度、焊层间温度等，使奧氏体和铁素体组织相匹收稿日期: 2014-02-17配，以提高焊缝的韧性。作者简介:萧猛(1978-), 男，杭州人，在职研究生，工程(4)对拼接法兰进行焊后热处理，消除环向.师，主要从事汽轮机与节能技术工作。残余应力;同时可以沿筒体周向增焊加强筋，以(本文编辑:陆莹)(上接第48页)汽温度控制中的仿真研究[]热力发电,2009,38(4):础上提高机组AGC性能是一项长期工作，还有26-30.许多值得探索的问题和提升的空间。收稿日期: 2014-06-031]张秋生提高机炉协调控制系统AGC响应速率的方法.作者简介:董春雷中国煤化工程师。从事[J].电网技术,2005 ,29(18);49-52.发电厂热工自动控MYHCNMHG[2]管志敏,林永君， 王兵树.自抗扰控制器在火电厂主蒸(个义编科:陆 莹)