燃气轮机热部件检测和寿命管理docx文档格式.docx
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600万
800万
总费用的组成
固定费用
15%
可变费用
40%
20%
热端部件费用
45%
65%
70%
热端部件费用占电站运行维修总费用的比例
随着年起停次数增多而大幅度增加
热电站检修与维护能力
■检修与维护设备能力
■检修与维护人员能力与经验
■检修维护策略与质量管理
热端部件修理与备件质量
■正确选择热端部件修理厂商
■正确选购热端部件备品备件（CBV仔替代品）
表NGE.Siemens.,"
HI的F/E级燃汽轮机透平叶片棊体材料与涂层材料[3]
厂家
机翌
静叫
动町
徐层
GE
9EA
FSX-414（各级》
GTD-111DS（1级）
IN-738（2级）
U-500（3级）
GT29-<
11动〕
9FA-
FSX-I14（1-2级）
GTD^222（3皺｝
GTD-11LDS（1・2级）
IN-738（3
GT33*<
1静1动）
GT33或2A（2饰2訪｝
海徒«
3动）
Sian«
«
s
V94.2
（各级〉
IN-738（1-3级）
7922级）
CoNiCrAlY$i（$C2231）
（1-2^）
V943A
SC-PWA1483（1・2级》
IN439〈37级，
SC-PWA14S3门・2级｝
IN-738C37级）
TBC
Ni€oCrAiYRe<
SC2453）（b2级）
MHI
701F
MGA2400（L・3纵）
X45心级）
MGA1400DS（L级>
MGAL400（丄・4级》
TBC（L・2舲・1-2At）
NiCoCrAlY（3动）
讶
II
■超级合金（基材）老化：
强化丫‘札I增人、晶界加粗，咼温强度与抗蠕变性能下降
图1.GTD-l11合金的金相组织（XI0000）,（左）新材料（右）运行24000小时后[4]
■基体材料裂纹
*由交变机械•热应力引起，产生裂纹几乎不可避免
*关键是裂纹所在部位、裂纹尺寸与扩展速度、裂纹可否及何时修复
*首先按照燃机运行手册进行处理
*积累裂纹数据、总结运行经验、延长使用寿命
■日本E级燃机一级静叶裂纹扩展统计规律［5〕
12345
hormalizednumberofstartsI-J
结论：
裂纹扩展速度与运行小时和起停次数成正比
■三菱公司F/G燃机一级静叶裂纹扩展统计规律［6〕
裂纹扩展速度与运彳亍小时和起停次数基本成正比
■GE公司F级燃机一级双连静叶裂纹扩展统计规律[7]
叶片根部及内端壁裂纹
归纳为8种典型裂纹模式
总结出安全准则
端壁裂纹长之和不得大于端壁轴向长度
静叶片表面与根部裂纹长
之和不得大于叶片弦长
采用CFD和FEM^法计
算：
三维流场、叶片温度场、叶片应力与变形分布、预测裂纹产生部位
流场计算
温度场与应力计算裂纹产生点预测
■叶片裂纹预测方法举例［8］：
计算预测结果与实际相符
计算预测裂纹首先实际动叶片根部尾
ssssr缘冷却射流孔裂纹
_
■涂层性能老化、磨蚀、烧损、裂纹、局部脱落
2■燃气轮机热端部件材料性能降低与损坏的
IZ'
一般规律
i
■V94.2叶片TBC涂层厚度与EOH的关系［
0WOOD200003000040000
OperatingHoursIEOH
OOOOOOOO
4208642
1-11-
V）匸olu-sU一MSC1JU>
P=上一
6三aoofflnpw①（r
涂层厚度与EOH成反比
■9FA—级动叶涂层磨蚀预测举例[8]
18000小吋运行后动叶动叶前缘涂层磨蚀
前缘涂层照片预测计算结果
非破坏性检测（NDI）
■目测（窥镜）
■萤光与磁粉检查
■超声波探伤、刈寸线、工业CT
破坏性检测（试样）
■材料成分与力学性能试验
■金相试验
ECI原理：
根据不同频率下被测物体内阻抗特性确定涂层厚度、孔隙率、裂纹等
2.C>
04.0»
E.4D.B.001D.0D
FrequencyMHz
-4.001
（"
.04
不同频率下典型阻抗特性
ECI检测叶片表面涂层及叶根
图&
用电涡流仪检查7尸人+第_级动叶⑴】
图9.配有叶根专用探头的电涡流担测仪口刀
ECI检测叶片表面涂层厚度及叶片基材缺陷⑵
涂层厚度测量精度2%可测基材缺陷、裂纹尺寸＞0・5mni
热等静压处理（HIP，HotIsostaticPressing）可在很大程度上恢复超级合金金相组织
典型H哆数：
100M^,1100-1200Q2・4小时
图10.IN738合金使用前（左）*老化后（中）和HIP处理后（右）的金相照片[18]
=4.热端部件的性能恢复
HIP可消除超级合金材料缺陷（IN738LC）
CiHtrni!
defects
Castingdefects
Creepvoids
I[lfredbucket
蠕变损伤
精密铸造缺陷
4■热端部件的性能恢复
9
IN738LC经HIP处理后材料力学性能优于HIPZ前
HP-
-・,=二>
%JJa7
blKlviN
Retliedbuckets
i
HlFed
Iwkels
1n
L.卓
NewRetiredHIPedRa-opwaied
hxketsbucketstuidtetsbuckets
冲击韧性
蠕变性能
日本Chubu电站燃机一级动叶HIP处理后成功运行两年
热端部件寿命管理系统LMS（LifeManagement
System）的研制过程：
■了解热端部件设计参数、结构特点、材料性能
■搜集热端部件运行数据、缺陷产生与失效原因分析
■流场、温度场、应力与变形分析计算
■分析部件破坏机理，建立超级合金热疲劳断裂仃许）、蠕变和TBC涂层材料氧化模型等
■建立部件预期寿命（最终寿命或大修间隔）判断准则
■编写LW软件并在同类燃机应用中反复修正
事例一：
意大利中央电力研究所LMS[20]
■适用于MS9001E和TG50D5燃机一级动叶
■四台燃机应用情况
表3.四台燃气轮机的运行工况
机组
透平进口温度
起动次数
紧急停机次数
累计点火小时
平均每次点火运行小时
1
仗汁值
180
5
19800
110
2
设计值
480
10
14200
29
3
650
15500
24
4
设计值十5（rc
450
40
8800
19
1#：
基本负荷2-4#：
日起停调峰
普.怛件寿啓理技木
表4.四台燃气轮机透平第一级动叶寿命损耗计算结果
寿命损耗程度（％）
热疲劳
蠕变
涂层氧化
18
80
43
12
74
54
14
84
59
8
81
•涂层氧化将是失效主因素
•日起停调峰燃机（2-4#）热疲劳寿命损耗为基本负荷燃机（1#）一倍
以上，4#因超温虽运行吋间最少但热疲劳寿命损耗最多
■LMS预测一级动叶涂层氧化与实际情况吻合
matsrwtoo?
ofcib»
*twom2Awvta.w
动叶涂层氧化计算结果ECI与叶片试样检测结果
4#机一级动叶超温后金相分析：
超温区粒度增人
FtgLre10-CbmhiaciMVXi&
inMQtmintounod
hF»
tvtage吳去*Uemilngwk>
动叶超温后照片
叶片试样金相检测结果
LMS预测一级动叶裂纹与实际情况吻合
左图：
有限元计算结杲
右團：
裂纹離片
例二：
印度GPEC电站3XV94.2透平叶片延寿经验
■运行手册规定一、二级动叶大修间隔33000EOH
ITL
■大修步骤一：
1#燃机运行18319EOH.164次起停后，聘请专业公司对一动、二动进行破坏性检验，结论是：
*一动基材最高工作温度815C±
10,比设计值低35C*二动基材最高工作温度795C±
10,合格
*一、二级动叶大修寿命可达36000EOH
U——
■大修步骤二：
2#燃机运行33460EOH.226次起停后，聘请专业公司对一静、一动、二动进行破坏性检验，结论是：
*一静TBC涂层达到最大使用寿命、基材有裂纹，但仍可用至41000EOH
*一动基材最高工作温度805C±
10,比设计值低45C,
TBC涂层寿命为38000EOH
*二动基材最高工作温度795C±
10,与设计值相近，
TBC涂层寿命可达60000EQH
―———
■大修步骤三：
3#燃机运行33460EOH.226次起停后，聘请专业公司对三动进行NDI检验，结论是：
头Cr扩散涂层已达到最大使用寿命
*叶片表面0.1mm基材金相组织老化，但仍可恢复
*三动大修寿命可达38000EOH
*据此电站作出决定：
在维修时采用IVDAIY涂层替代原设计C「扩散涂层
例三：
英国DidcotB电站维修服务与管理系统⑵
■设备情况：
两套2+2+1,2X680MW共4台V94.3,1996-97并网发电e
■问题的提出：
头原设计为基本负荷运行，50次起停/年
*2001年英国电力市场开放后电价下降、发电侧竞争加剧，改为两班制起停调峰运行，EOH大幅度增加，
燃机可靠性下降，维修成本上升
*为达到英国NOx排放标准进一步增加维修成本
■问题的提出（续）：
9500EOH后透平一动检查照片
Sil—
9500EOH后透平一静检查照片
Figure15DidcotBOEMStage1CarrierVaneDamageMCrALYSpallation9500EOH
Figure17DidcotBOEMStage1CarrierVaneDamage9500EOH
>
—
■措施：
与InnogyOne公司合作开发两班制调峰运行条件
下热端部件维修技术与服务体系、电站财务管理体系
■实施内容：
…
*建立了热端部件状态检测技术手段和寿命管理系统：
燃机运行参数与性能在线监测
热端部件ECI检测分析
热端部件剩余寿命预测
*对余热锅炉进行改造，减轻热疲劳损伤、防止过热
管束出现凝结水、改造水化学处理系统等
.5.热端部件寿命管理技术
U——_
■实施内容（续）:
*对余热锅炉进行改造，减轻热疲劳损伤、防止过热管束中出现凝结水、改造水化学处理系统保持调峰时水质稳定E
*建立了电站大修计划决策管理系统
*釆用反设计方法（Re-engineering）自行设计制造一级静叶备件，2002年9月投运
*大修间隔延长（1996.12投运）
第一次大修间隔：
8个月（1997.8）,6000EOH第二次大修间隔：
24个月（1999.8）,17000EOH第三次大修间隔：
36不月（2002.8）,26000EOH自制一级静叶节省M0万英镑/台
保险公司没有提高保险费用
*电站适应了两班制调峰运行，在英国竞争性电力市场环境中得以生存（与此相反，同期内英国有四个GTCC电站1629MV、发电设备被迫停产）
结束语
;
燃气轮机热端部件的状态监测与寿命管理技术对提高GTCC电站可靠性、降低成本有重要意义，我国GTCC产业界科技界应予高度重视-
■我国GTCC产业界科技界应在认真学国外先进经验的基础上，结合我国GTCC产业具体情况加大研究开发力度
谢谢
升级会员 