1、第四章第四章 汽輪機的壽命管理汽輪機的壽命管理 一、汽輪機壽命的概念： 由于現代汽輪機的轉子與汽缸等其它零部件相比，轉子工作條件比較惡劣，往往裂紋首先從轉子上產生，因此通常所指汽輪機的壽命亦即轉子的壽命。 有效壽命：從汽輪機投運開始直至轉子在應力集中處出現第一條通過低倍放大鏡、用肉眼可觀察到的初始宏觀裂紋的工作期間稱為汽輪機的有效壽命。 裂紋約0.5mm長，0.15mm深。 轉子發生初始宏觀裂紋之后，并非必須立即報廢，因為由初始宏觀裂紋發展到即將斷裂的臨界裂紋，還需經歷相當長的過程。 殘余壽命：自初始宏觀裂紋擴展到臨界裂紋為止的工作時間稱為轉子的殘余壽命。 全壽命或總壽命：轉子有效壽命和殘余壽

2、命的總和即為轉子的全壽命或總壽命。 二、汽輪機的壽命損耗： 1、材料的高溫蠕變對壽命的損耗 汽輪機運行時，汽缸、轉子等部件是在一定溫度下承受一定的壓力，金屬材料會發生緩慢的塑性變形，即蠕變。長期蠕變積累會導致轉子產生裂紋。 考慮轉子在穩定負荷運行時高溫蠕變對壽命的損耗。對于帶基本負荷的機組，每年運行小時以7000h計算，30年期間高溫蠕變損傷率約為25%，對于帶尖峰負荷的機組，年運行小時以4800計算，30年期間高溫蠕變損傷率約為20%左右。 2、低周波疲勞對壽命的損耗： 汽輪機的啟動、正常運行、停機、再啟動，或正常運行中的負荷變動，部件都將經歷一個溫度循環，在這個溫度循環中，轉子承受交變應力

3、，每一次循環將引起部件的壽命損耗。這種循環稱為低周波疲勞損耗。 轉子溫度變化量和溫度變化率越大，引起轉子內部熱應力也越大，對轉子的壽命損耗也越大。 一般低周波疲勞對壽命的損耗分配額為60%左右。 3、隨機和突發事件引起的壽命損耗 汽輪機啟停、負荷變動等工況下負荷擾動引起機組大幅度負荷波動以及由于不定因素引起的汽溫波動、短時超限振動等因素也要引起轉子壽命損耗。但這些隨機性的損傷因素難以預測，根據國外有關文獻報道，多數建議將這類損耗以20%計。 4、 轉子壽命可用系數M 轉子壽命可用系數M=高溫蠕變壽命損耗率+低周波疲勞損耗率 實際使用時，應使M小于1，這個小于1的數稱為機組的壽命可用系數，指的是

4、在轉子全壽命中（斷裂壽命）可安全使用的百分比，此值的確定與機組制造工藝水平、設備價格、啟動應力、載荷性質等有關。我國早期推薦機組可用系數為60%左右。國外推薦機組可用系數為80%左右。 為了保證汽輪機在服役年限（我國尚無明確規定，跟據粗略統計為30年左右）內安全運行，應制定汽輪機壽命分配方案，即事先給定在服役年限內啟停和工況變化的次數。機械工程手冊調峰篇推薦的壽命分配數據（以設計壽命機械工程手冊調峰篇推薦的壽命分配數據（以設計壽命30年計算）年計算）運行方式損耗率（）運行次數累計運行次數壽命損耗累積（）冷態啟動0.054次年1206溫態啟動0.011次年300.3熱態啟動0.01200次年60

5、0060大修前停機0.053年一次100.5甩負荷帶廠用電0.103年二次202大幅度變負荷400.00550次年15007.5小幅度變負荷25 0.00025530次年16500480.362.2三、汽輪機的壽命管理： 1、合理分配和使用汽輪機壽命 （1）汽輪機設計壽命分配一般取決于汽輪機的結構和使用特點、啟停次數、啟停方式、工況變化、甩負荷帶廠用電的次數等。要根據不同機型及其運行方式進行分配。 （2）在汽輪機設計壽命年限內，根據制造廠提供的壽命管理曲線一般分配蠕變壽命損耗占20%，疲勞壽命損耗占60%。其余20%以備突發性事故。 （3）制定壽命分配方案時，應首先確定機組帶負荷的性質，以帶基

6、本負荷為主的機組，因其終生啟停次數較少，每次啟停可以分配給較高的壽命損耗率，亦即可以采用較高的溫升率，以獲取最大的經濟效益；對于調峰機組，由于啟停次數較多，每次啟停應分配較低的壽命損耗率。 帶基本負荷的汽輪機，每次冷態啟動的壽命損耗率可以分配的大一些，一般控制在0.05%/次；調峰機組的壽命損耗主要消耗在熱態啟停中，每次啟停的壽命損耗率可以分配的小一些，一般為0.01%/次 2、汽輪機轉子壽命的監測與管理 （1）每臺汽輪機以制造廠提供汽輪機壽命管理曲線（壽命可用系數 ）為依據，繪制各種工況啟動曲線 。 （2）每臺汽輪機應建立并逐步完善轉子壽命損耗數據庫，根據制造廠提供的壽命管理曲線（壽命可用系

7、數 ）進行控制，使汽輪機壽命損耗處于受控制狀態，以便指導運行人員進行開停機操作和運行參數調整及對異常工況的處理 。 3、減少汽輪機轉子壽命損耗的原則 （1）啟動中預防汽輪機轉子脆性損傷 1）啟動時應根據汽缸金屬溫度水平合理選擇沖轉蒸汽參數和軸封供汽溫度，嚴格控制金屬溫升率。2）一般以中壓缸排汽口處金屬溫度或排汽溫度為參數，判斷轉子金屬溫度特別是中壓轉子中心孔金屬溫度是否已超過金屬低溫脆性轉變溫度（FATT）。3）汽輪機冷態啟動時，有條件的可在盤車狀態下進行轉子預熱，變冷態啟動為熱態啟動。4）如制造廠允許，可以采用冷態中壓缸啟動方式，以改善汽輪機啟動條件。5）危急保安器超速試驗，必須待中壓轉子末

8、級中心孔金屬溫度達到FATT以上方可進行，一般規定汽輪機發電機組帶10%25%額定負荷定暖機至少4h 。 （2）運行中減少汽輪機轉子壽命損耗 1）避免短期時間內負荷大幅度變化，嚴格控制運行中轉子表面工質溫度變化率在最大允許范圍內。2）嚴格控制汽輪機甩負荷后空轉運行時間。3）防止主、再熱蒸汽溫度及軸封供汽溫度與轉子表面金屬溫度嚴重失配。（、4）在汽輪機啟動、運行、停機及停機后未完全冷卻之前，均應嚴防濕蒸汽、冷汽和水進入汽缸。 （3）加強可靠性管理，減少汽輪機壽命損耗 1）可靠性指標不僅反映了設計、制造、安裝水平和質量，是技術改造和技術進步的重要依據；還直接反映了發電廠運行管理及設備維修狀況，是現

9、代汽輪機運行管理的重要內容。 2）汽輪機設備大都是可維修的，其壽命分配也有很大共性。在汽輪機使用壽命年限內，通過可靠性統計分析，可以找出檢修維護不當造成的壽命損耗，從而改善運行操作方法和檢修維護方案，逐步由被動檢修轉變為狀態監測和預知性維修，提高設備等效可用系數（EAF），減少等效強迫停用率（EFOR），減少維修費用，延長氣輪機的使用壽命，取得更大安全經濟效益 。 資料：資料： 什么是脆性轉變溫度？發生低溫脆性斷裂事故的充分必要條件什么是脆性轉變溫度？發生低溫脆性斷裂事故的充分必要條件是什么？是什么？ 脆性轉變溫度是指在不同的溫度下對金屬材料進行沖擊試驗，脆性斷口占試驗斷口的5%時的溫度，用FATT表示。當溫度低于某一