某汽輪機2號射油器出口逆止閥閥瓣脫落分析
2018-05-09 1.現場檢查
某機組檢修時,汽輪機機主油箱內潤滑油系統的逆止閥進行解體檢查時,發現2號射油器出口逆止閥閥瓣脫落,2號射油器逆止閥閥瓣1個固定螺栓、橫銷、開口環及1號射油器出口逆止閥開口環(共4件)已脫落不見,見圖。
某機組檢修時,汽輪機機主油箱內潤滑油系統的逆止閥進行解體檢查時,發現2號射油器出口逆止閥閥瓣脫落,2號射油器逆止閥閥瓣1個固定螺栓、橫銷、開口環及1號射油器出口逆止閥開口環(共4件)已脫落不見,見圖。

該機組投產至今,于2010年進行首次大修,本次大修為第二次。在2010年時,由于考慮到機組運行時間不長,當時沒有對2號機主油箱內潤滑油系統的各逆止閥進行解體檢查,本次是機組投產后次對其進行大修。
從該機組2號射油器出口逆止閥閥瓣的碰損情況來看(見下圖),2號射油器出口逆止閥閥瓣脫落已有一段時間。但查閱2號機潤滑油運行參數,無法確定異常出現的時間。(SIS系統可查至2014年6月,2號射油器出口逆止閥閥瓣脫落后,主機潤滑油壓力應出現機組正常運行時壓力正常、而停運后有所降低的異常現象)
從該機組2號射油器出口逆止閥閥瓣的碰損情況來看(見下圖),2號射油器出口逆止閥閥瓣脫落已有一段時間。但查閱2號機潤滑油運行參數,無法確定異常出現的時間。(SIS系統可查至2014年6月,2號射油器出口逆止閥閥瓣脫落后,主機潤滑油壓力應出現機組正常運行時壓力正常、而停運后有所降低的異常現象)

2號射油器逆止閥閥瓣斷落的固定螺栓剩下一段,另一根固定螺栓存在明顯的松動情況,固定螺栓擺動幅度較大。檢查其他逆止閥的固定螺栓,普遍存在松動明顯的情況。
為了查找脫落的2號射油器逆止閥閥瓣固定螺栓、橫銷、開口環及1號射油器出口逆止閥開口環,已對主機潤滑油系統各可能遺留部位用內窺鏡檢查,但沒有找到相關部件。

2.原因分析
該汽輪機潤滑油系統2號射油器出口逆止閥為可調式(通過調整閥瓣頂桿調節潤滑油壓力),機組正常運行時2號射油器工作(出口逆止閥打開)提供潤滑油,機組停運后交流潤滑油泵工作提供潤滑油(此時2號射油器出口逆止閥關閉),因此,2號射油器出口逆止閥閥瓣處于打開狀態時間較長。
從2號射油器出口逆止閥密封面的碰損情況來看,閥瓣不是一下就脫落,而應是固定螺栓出現單側斷落后,閥瓣處于不平衡狀態,從而造成密封面不規則的碰損。
從2號射油器出口逆止閥閥瓣的固定結構來看,應是1根固定螺栓先斷落,閥瓣在另1根固定螺栓的牽固下維系了一段時間,由于油流的沖擊作用,閥瓣不斷抖動使開口環不斷碰磨,Z后開口環斷落,從而導致閥瓣、橫銷、斷裂的固定螺栓及開口環脫落,閥板由于直徑較大卡在2號射油器出口管道,而其他的橫銷、斷裂的固定螺栓及開口環由于較小而被沖入潤滑油系統。
對斷落固定螺栓進行光譜分析,顯示該固定螺栓材質為Cr12Mo4,固定螺栓發生完全斷裂,斷口及附近無塑性變形,斷口表面較平齊,存在明顯的“貝紋線”。
根據上述形貌和“貝紋線”的紋理特征,可以初步斷定:斷口失效模式為低名義應力集中的高周疲勞斷裂,裂紋由表面啟裂,導致啟裂和裂紋擴展的應力為脈動拉應力及其在啟裂部位的應力集中效應。
射油器出口逆止閥閥瓣安裝時,為了確保密封面關閉嚴密,需調整固定螺栓的旋入深度,這就造成逆止閥閥瓣固定螺栓螺紋沒有全部旋入、固定螺栓由于固定強度不夠而存在松動的情況。機組運行時2號射油器出口逆止閥閥瓣處于一種活動狀態,受到管道潤滑油沖擊擾動,閥瓣高頻率的振動容易給固定螺栓造成疲勞損傷,而固定螺栓由于存在松動情況,則加劇了疲勞損傷,Z終導致固定螺栓斷裂。
3.存在問題
(1)2號射油器出口逆止閥閥瓣固定螺栓安裝不合理應是造成固定螺栓斷裂的主要原因。射油器出口逆止閥閥瓣在安裝時,為了確保密封面關閉嚴密,需調整固定螺栓的旋入深度,造成逆止閥閥瓣固定螺栓螺紋沒有全部旋入,此時應根據旋入深度增加調整墊片,確保固定螺栓的安裝強度,減少固定螺栓晃動,從而減低高頻率的振動疲勞損傷。
(2)檢修工序安排不合理,使脫落物查找工作被動。2號射油器出口逆止閥在解體檢查時缺陷得以暴露,而之前已完成了主機冷油器的清洗、回裝工作,主機各軸承箱也已完成了初步清理,目前無法排除脫落物已被清理的可能。
4.結論及建議
(1)千方百計查找脫落部件,消除安全隱患。
由于主機各軸承潤滑油進油管路均沒有濾網,脫落物存在進入主機各軸承的風險,而金屬物一旦進入軸承,可能造成軸承損壞,情況嚴重可能造成機組被迫停運的后果。鑒于安全隱患的后果,必須千方百計予以查找。根據電力設備管理規定:對于主設備和重要輔助設備解體后發現的重大缺陷和隱患,應由有關部門組織本專業相關技術人員召開專題討論會議,商討處理和預防措施。
(2)制定有效的后續措施。
若出現一時找不到脫落部件的情況,則機組大修后的潤滑油系統大流量沖洗(機組大修后的標準項目)是查找的Z后機會,如在潤滑油系統大流量沖洗中沒能找到脫落部件,該機組將帶著安全隱患投入運行。故在編制潤滑油系統大流量沖洗方案時,充分考慮脫落部件的查找問題,確保臨時濾網的安裝質量,做好大流量沖洗后臨時濾網的檢查問題等。
(3)完善安裝工藝,防止缺陷重復發生。
目前的檢修工藝卡中,對此類逆止閥固定螺栓的安裝工藝沒有要求,必要時需聯系設備廠家盡快完善此類逆止閥固定螺栓的安裝工藝要求。
該汽輪機潤滑油系統2號射油器出口逆止閥為可調式(通過調整閥瓣頂桿調節潤滑油壓力),機組正常運行時2號射油器工作(出口逆止閥打開)提供潤滑油,機組停運后交流潤滑油泵工作提供潤滑油(此時2號射油器出口逆止閥關閉),因此,2號射油器出口逆止閥閥瓣處于打開狀態時間較長。
從2號射油器出口逆止閥密封面的碰損情況來看,閥瓣不是一下就脫落,而應是固定螺栓出現單側斷落后,閥瓣處于不平衡狀態,從而造成密封面不規則的碰損。
從2號射油器出口逆止閥閥瓣的固定結構來看,應是1根固定螺栓先斷落,閥瓣在另1根固定螺栓的牽固下維系了一段時間,由于油流的沖擊作用,閥瓣不斷抖動使開口環不斷碰磨,Z后開口環斷落,從而導致閥瓣、橫銷、斷裂的固定螺栓及開口環脫落,閥板由于直徑較大卡在2號射油器出口管道,而其他的橫銷、斷裂的固定螺栓及開口環由于較小而被沖入潤滑油系統。
對斷落固定螺栓進行光譜分析,顯示該固定螺栓材質為Cr12Mo4,固定螺栓發生完全斷裂,斷口及附近無塑性變形,斷口表面較平齊,存在明顯的“貝紋線”。
根據上述形貌和“貝紋線”的紋理特征,可以初步斷定:斷口失效模式為低名義應力集中的高周疲勞斷裂,裂紋由表面啟裂,導致啟裂和裂紋擴展的應力為脈動拉應力及其在啟裂部位的應力集中效應。
射油器出口逆止閥閥瓣安裝時,為了確保密封面關閉嚴密,需調整固定螺栓的旋入深度,這就造成逆止閥閥瓣固定螺栓螺紋沒有全部旋入、固定螺栓由于固定強度不夠而存在松動的情況。機組運行時2號射油器出口逆止閥閥瓣處于一種活動狀態,受到管道潤滑油沖擊擾動,閥瓣高頻率的振動容易給固定螺栓造成疲勞損傷,而固定螺栓由于存在松動情況,則加劇了疲勞損傷,Z終導致固定螺栓斷裂。
3.存在問題
(1)2號射油器出口逆止閥閥瓣固定螺栓安裝不合理應是造成固定螺栓斷裂的主要原因。射油器出口逆止閥閥瓣在安裝時,為了確保密封面關閉嚴密,需調整固定螺栓的旋入深度,造成逆止閥閥瓣固定螺栓螺紋沒有全部旋入,此時應根據旋入深度增加調整墊片,確保固定螺栓的安裝強度,減少固定螺栓晃動,從而減低高頻率的振動疲勞損傷。
(2)檢修工序安排不合理,使脫落物查找工作被動。2號射油器出口逆止閥在解體檢查時缺陷得以暴露,而之前已完成了主機冷油器的清洗、回裝工作,主機各軸承箱也已完成了初步清理,目前無法排除脫落物已被清理的可能。
4.結論及建議
(1)千方百計查找脫落部件,消除安全隱患。
由于主機各軸承潤滑油進油管路均沒有濾網,脫落物存在進入主機各軸承的風險,而金屬物一旦進入軸承,可能造成軸承損壞,情況嚴重可能造成機組被迫停運的后果。鑒于安全隱患的后果,必須千方百計予以查找。根據電力設備管理規定:對于主設備和重要輔助設備解體后發現的重大缺陷和隱患,應由有關部門組織本專業相關技術人員召開專題討論會議,商討處理和預防措施。
(2)制定有效的后續措施。
若出現一時找不到脫落部件的情況,則機組大修后的潤滑油系統大流量沖洗(機組大修后的標準項目)是查找的Z后機會,如在潤滑油系統大流量沖洗中沒能找到脫落部件,該機組將帶著安全隱患投入運行。故在編制潤滑油系統大流量沖洗方案時,充分考慮脫落部件的查找問題,確保臨時濾網的安裝質量,做好大流量沖洗后臨時濾網的檢查問題等。
(3)完善安裝工藝,防止缺陷重復發生。
目前的檢修工藝卡中,對此類逆止閥固定螺栓的安裝工藝沒有要求,必要時需聯系設備廠家盡快完善此類逆止閥固定螺栓的安裝工藝要求。
