【正文】 ? 低溫脆性是指高強(qiáng)度合金鋼在某一低溫范圍內(nèi)，韌性特性顯著下降的一種現(xiàn)象。 ? 在工程應(yīng)用上 ， 把進(jìn)行材料沖擊試驗(yàn)時(shí)斷口形貌中韌性和脆性破壞面積各占 50％ 時(shí)所對應(yīng)的試驗(yàn)溫度 ， 稱為材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度 ， 記作 FATT。 –材料溫度＞ FATT， 呈現(xiàn)韌性破壞 –材料溫度＜ FATT， 呈現(xiàn)脆性破壞 ， 發(fā)生脆性損傷的可能性增加 。 –材料在高溫環(huán)境下長期工作 ， 其 FATT有緩慢升高的現(xiàn)象 ? 對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料的 FATT有明確的要求 ， 而且對預(yù)防汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子脆性損傷也有具體的措施 –對 CrMoV轉(zhuǎn)子鋼來講 ， FATT=80～ 130℃ 。 ? 現(xiàn)代斷裂力學(xué)認(rèn)為：金屬材料低溫脆性破壞的根本原因在手材料在鍛造、熱處理過程中形成的潛在微小裂紋。 低溫脆性破壞的預(yù)防 ? 自從 50年代相繼發(fā)生了多起高強(qiáng)度合金鋼低溫脆性破壞的嚴(yán)重事故后，低溫脆性破壞引起了人們的高度重視。 ? 經(jīng)反復(fù)實(shí)踐與研究 ， 已形成了一系列行之有效的防止汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子低溫脆性破壞措施 。 例如： –ABB規(guī)定冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)低速暖機(jī)和帶初負(fù)荷暖機(jī)； –東芝要求機(jī)組在冷啟時(shí)盤車狀態(tài)下高壓缸暖機(jī)和帶初負(fù)荷曖機(jī)； –G／ A公司機(jī)組冷啟的中速暖機(jī)和中壓缸啟動(dòng)方式等都是為了在低應(yīng)力狀態(tài)下加熱轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子金屬溫度超過材料的 FATT后再轉(zhuǎn)向高應(yīng)力狀態(tài)下工作。 壽命的管理與控制 ? 對汽輪機(jī)壽命的評估方法，一般采用線性累積損傷法，即轉(zhuǎn)子的累積總壽命損耗率Ｍ為低周疲勞損傷與高溫蠕變損傷之和： ? 由上式可知，轉(zhuǎn)子的使用壽命有壽命分配問題。 ?? ????i aiii icf ttNM1??汽輪機(jī)壽命管理 ? 汽輪機(jī)壽命管理 包括兩層內(nèi)容： 在國家宏觀指定的服役年限內(nèi) ， 根據(jù)機(jī)組的帶負(fù)荷方式進(jìn)行 壽命預(yù)分配 ， 制定汽輪機(jī)壽命分配表 ， 指導(dǎo)運(yùn)行 ， 以取得最大的經(jīng)濟(jì)效益； 進(jìn)行汽輪機(jī) 壽命的離線或在線監(jiān)測 在汽輪機(jī)啟、停和變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，控制蒸汽溫度和負(fù)荷的變化率，控制汽輪機(jī)部件的熱應(yīng)力，使機(jī)組的壽命損耗不超過其預(yù)分配值，在機(jī)組規(guī)定的使用年限內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最佳的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，使機(jī)組發(fā)揮最佳的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行壽命的科學(xué)管理 。 汽輪機(jī)壽命的合理分配 ? 目前通常認(rèn)為汽輪機(jī)的服役年限為 30年。在這 30年的時(shí)間里，如何合理分配汽輪機(jī)的壽命，充分利用汽輪機(jī)的壽命，以取得最大的經(jīng)濟(jì)效益是汽輪機(jī)壽命分配的出發(fā)點(diǎn)。 ? 對于帶基本負(fù)荷的機(jī)組，汽輪機(jī)壽命的損耗主要為高溫蠕變和正常檢修啟停所需低周疲勞對汽輪機(jī)壽命的損耗。 ? 對調(diào)峰機(jī)組，除檢修、維護(hù)需要正常啟停以外還應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)要求，安排一定次數(shù)的熱態(tài)啟動(dòng)和一定范圍內(nèi)的負(fù)荷變化。負(fù)荷變化量（率）和熱態(tài)啟停次數(shù)（速區(qū)）應(yīng)視電網(wǎng)的要求而定。在分配壽命損耗時(shí)，既要考慮汽輪機(jī)壽命的合理損耗，又要考慮到電網(wǎng)的調(diào)峰需要。 不同國家對機(jī)組壽命管理的規(guī)定 ? 我國 “ 進(jìn)口大容量汽輪機(jī)技術(shù)談判指南 ” 中規(guī)定：汽輪機(jī)的使用壽命一般為 30年。在 30年中，機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng) 100次，溫態(tài)啟動(dòng)700次，熱態(tài)啟動(dòng) 3000，極熱態(tài)啟動(dòng) 150次，以及大于 10%額定負(fù)荷突變 12022次，其總的壽命損耗不大于 75%。 ? 英國國家標(biāo)準(zhǔn) (BSI) 中規(guī)定，大機(jī)組在使用壽命期內(nèi)必須經(jīng)得起冷態(tài)啟動(dòng) 100次，溫態(tài)啟動(dòng) 700次，熱態(tài)啟動(dòng) 3000，以及負(fù)荷突變和頻繁負(fù)荷變動(dòng)。 ABB 600MW超臨界機(jī)組 ABB 600MW超臨界機(jī)組壽命損耗分配余度較大， 30年內(nèi)由熱應(yīng)力損耗的壽命 僅占總壽命的 %，其余 %作為高溫蠕變和富裕量。該機(jī)組設(shè)計(jì)壽 命富裕是最大的。 東芝公司提供的 600MW汽輪機(jī) 該表東芝公司提供的 600MW汽輪機(jī)壽命損耗分配。 30年實(shí)際壽命消耗 達(dá) %，在 600MW機(jī)組是較大的。 汽輪機(jī)壽命的監(jiān)測 ? 在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于不可預(yù)測的因素較多，可能導(dǎo)致實(shí)際壽命損耗與預(yù)先分配值有較大偏差，因此，有必要對汽輪機(jī)壽命損耗進(jìn)行監(jiān)測。 ? 壽命監(jiān)測就是定期或不定期（每次啟、停中或啟停后）地對汽輪機(jī)壽命的實(shí)際損耗情況進(jìn)行核算，以確保機(jī)組的安全運(yùn)行。 壽命監(jiān)測的方式 壽命監(jiān)測有兩者方式：在線和離線 兩種方式 ? 離線計(jì)算是在啟動(dòng)或停機(jī)之后，根據(jù)調(diào)節(jié)級或中壓第一級的汽溫變化曲線，取出各個(gè)階段的溫度變化率和溫度變化量（或時(shí)間），用解析法或數(shù)值解法進(jìn)行計(jì)算其熱應(yīng)力值和壽命損耗率；還可以直接根據(jù)轉(zhuǎn)子的壽命損耗曲線上直接查取。 ? 在線計(jì)算即是在線監(jiān)測，將調(diào)節(jié)級或中壓第一級室內(nèi)的蒸汽溫度轉(zhuǎn)為數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)，隨后計(jì)算機(jī)按照預(yù)定的程序以時(shí)間作為第二變量進(jìn)行追蹤計(jì)算求出監(jiān)督部位的最大應(yīng)力值及相應(yīng)的壽命損耗率，隨后將計(jì)算結(jié)果輸出，如果在程序中給定一應(yīng)力極限值，則當(dāng)應(yīng)力超限時(shí)可發(fā)出警報(bào)信號。 在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用 ? 一些引進(jìn)機(jī)組 （ 如元寶山的法國機(jī)組 ） ， 有的已裝備了壽命監(jiān)測裝置 。 它能在機(jī)組啟停和負(fù)荷變化中計(jì)測壽命的損耗并累計(jì) ，而且還和汽輪機(jī) DCS、 DEH結(jié)合在一起 ， 對機(jī)組的啟停和負(fù)荷變化進(jìn)行閉環(huán)控制 。 ? ABB超臨界 600MW機(jī)組控制系統(tǒng)以調(diào)節(jié)級溫度探針和中壓缸第一級后溫度探針?biāo)鶞y溫度為輸入信號 → 熱應(yīng)力計(jì)算機(jī) TURBOMAX進(jìn)行熱應(yīng)力和壽命損耗計(jì)算。 TURBOMAX和主機(jī)控制系統(tǒng) TT52聯(lián)系在一起，二者協(xié)調(diào)對機(jī)組進(jìn)行控制，確保汽輪機(jī)的壽命損耗率控制在允許范圍內(nèi)，使啟動(dòng)時(shí)間最短、最經(jīng)濟(jì)。 熱應(yīng)力及壽命損耗運(yùn)行監(jiān)督的必要性 ? 運(yùn)行人員雖然可以按照壽命預(yù)先分配方案確定的啟動(dòng)方案進(jìn)行啟動(dòng)，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，仍可能會由于不可測的原因，與預(yù)定啟動(dòng)方案發(fā)生一定的偏差，導(dǎo)致熱應(yīng)力與壽命損耗率與預(yù)測值不符。為了監(jiān)督轉(zhuǎn)子壽命的實(shí)際損耗，應(yīng)在每次啟動(dòng)中或啟動(dòng)后對轉(zhuǎn)子的壽命損耗進(jìn)行核算。 轉(zhuǎn)子實(shí)際壽命損耗核算方式有二： ? 離線計(jì)算 – 在啟動(dòng)或停機(jī)后，根據(jù)調(diào)節(jié)級和中壓第一級的汽溫變化曲線，計(jì)算啟停過程的壽命損耗。 – 關(guān)鍵點(diǎn) ：要求調(diào)節(jié)級和中壓第一級的汽溫變化記錄要準(zhǔn)確，并能反映壽命損耗監(jiān)督部位的真實(shí)汽溫狀態(tài)。 – 問題 ： 關(guān)鍵汽溫測點(diǎn)未裝 ， 或測點(diǎn)不準(zhǔn) 。 ? 在線計(jì)算 – 編制軟件，在線調(diào)用關(guān)鍵汽溫?cái)?shù)據(jù)，在線計(jì)算當(dāng)前的熱應(yīng)力。 在線監(jiān)測系統(tǒng)的原理： ? 計(jì)算轉(zhuǎn)子的溫度場的變化情況 ? 計(jì)算出轉(zhuǎn)子的應(yīng)力場 ? 根據(jù)應(yīng)力場的大小計(jì)算出應(yīng)變值 ? 查取應(yīng)變 —疲勞特性曲線，算出壽命的疲勞損耗 ? 通過轉(zhuǎn)子的溫度和在此溫度下的應(yīng)力、運(yùn)行時(shí)間，查取蠕變壽命損耗曲線，算出蠕變壽命損耗 ? 計(jì)算 轉(zhuǎn)子的累積總壽命損耗率Ｍ：它為低周疲勞損傷與高溫蠕變損傷之和： cfM ?? ?? 在線監(jiān)測系統(tǒng)的流程： 在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能： 在線監(jiān)測機(jī)組每次啟動(dòng)和停機(jī)過程中轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力，并以友好的界面顯示計(jì)算分析的結(jié)果； 計(jì)算并顯示每次啟動(dòng)、停機(jī)過程中，轉(zhuǎn)子疲勞壽命損耗值； 計(jì)算并顯示轉(zhuǎn)子疲勞壽命損耗累計(jì)值； 對轉(zhuǎn)子疲勞壽命失效或熱應(yīng)力超限給予報(bào)警； 預(yù)測當(dāng)前溫升率下，確定某時(shí)限后的熱應(yīng)力值，以指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行； 根據(jù)機(jī)組熱應(yīng)力的狀況，給出下一運(yùn)行時(shí)段的最佳溫變率，以負(fù)荷率指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行，優(yōu)化機(jī)組的啟動(dòng)； 各監(jiān)測參數(shù)超限給予報(bào)警，并提示運(yùn)行人員進(jìn)行相關(guān)操作。 離線分析機(jī)組的歷史數(shù)據(jù)。 在線監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)施步驟 采用解析法來計(jì)算轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力，并編寫在線監(jiān)測系統(tǒng) 用有限元軟件來計(jì)算轉(zhuǎn)子的溫度場和應(yīng)力場 通過 有限元軟件 的計(jì)算結(jié)果來調(diào)整系統(tǒng)中參數(shù)的設(shè)定 編寫與電廠 DCS相連接的數(shù)據(jù)接口以及現(xiàn)場調(diào)試 監(jiān)測初期 在線監(jiān)測過程中 壽命損耗 選擇要分析的數(shù)據(jù)及曲線 選擇的數(shù)據(jù)及曲線結(jié)果 預(yù)測應(yīng)力 第一章 結(jié)束 2022年 5月 24日星期二