9FA燃气轮机压气机叶片断裂典型案例.docx
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9FA燃气轮机压气机叶片断裂典型案例
Failureof9FAGasTurbineCompressor–AUniqueExperience.
9FA燃气轮机压气机叶片断裂-----一个典型案例
DhabolpowerprojectofRGPPL,aJointVentureofNTPC,GAIL&MSEB,consistof6numbersofGEmakegasturbinesand3numberofGEmakesteamturbineswithmoduleconfigurationof2GT+1ST.Hence,thereare3moduleandknownasblock-I,block-IIandblock-III.
RGPPL电厂,印度国家电力集团的合资企业,有GE制造的6台燃机和3台汽机,采用2拖1的模式,三台机组分别称为I、II、III机组。
Thoughthereare6numbersofGEmakegasturbinesbutall6gasturbinesarenotidenticalsofarthecapacity,TITandheatrateareconcerned.AsperthedataavailableatsiteandTractable(ConsultanttoIndianlenders)report,thegasturbineofblock-IissupposetobePG9331andgasturbineofblock-IIandblock-IIIarePG9351version.AsperGEtechnicalliteraturePG9331isknownas9FA+andPG9351isknownas9FA+emodel.Fromthetechnicalliteratureavailableininternet,thetechnicalspecificationsof9FA+&9FA+eareasfollows:
尽管有6台GE公司的燃机,但是到目前为止6台燃机的容量、透平入口温度、机组效率等不一致,根据机组收集的有用数据和印度的相关报告,I机组的燃机型号为PG9331,II、III机组的燃机型号为PG9351。
按照GE的技术通报文件PG9331称为9FA+,PG9351称为9FA+e,从GE官方网站获取的9FA+和9FA+e参数如下:
ItcanbeseenfromthetechnicalspecificationsmentionedaboveinthetablethattechnicallythereissubstantialdifferencebetweenPG9351andPG9331.
ThoughBlock-IIandBlock-IIIgasturbinesofDabholPowerProjectaresupposetobePG9351butduetofailureofcompressorofGT2BandfailureoftierodofGT#3A,gasturbinerotorofGT#2Bhasbeenreplacedwithsparerefurbishedrotorofblock-IandGT#3ArotorhasbeenreplacedwithGT-1B/1Ausedrotor.Therefore,withthepresentconfiguration,block-IIandblock-IIIconsistsofoneGTofPG9351andoneGTofPG9331version.
从上表所述的关于PG9351和PG9331的不同点已很详细。
尽管II、III机组为PG9351燃机,但由于发生了压气机事故的为GT#2B和GT#3A的拉杆,燃机GT#2B转子更换为I机组的备用转子,GT#3A转子更换为GT-1B/1A使用过的转子。
因此,目前的配置情况是,II和III燃机由PG9351和PG9331混合组成。
TheentireplanthasbeenrevivedbyGEexpertsandundertheirsupervision.Notonlythis,beforestartingrevivalactivities,GEcarriedoutconditionassessmentofall6GasTurbinesandbasedonassessmentresultGErecommendedsparestobereplacedforhealthyrunningoftheplantandallthesparesrecommendedbyGEhavebeenreplacedduringtherestorationofrespectiveGasTurbine.
整个计划在GE专家的领导和监督之下完成。
除了这些,在检修完成之后再次启动前,GE对6台燃机进行了状态评估,根据评估结果,GE建议为了设备的健康运行对备品按计划进行更换,因此,机组再次启动前对所有GE建议的备件进行了更换。
Butin-spiteofthis,RGPPL–Dabholhasfacedthreecatastrophicfailureof9FAGasTurbineCompressorwithinaspanoftwoyears.AndallthreefailuresareofsamenaturethatisHighCycleFatigue.
但是让RGPPL电厂恼怒的是在两年之内发生了三起9FA压气机事故,三起压气机事故均是由于高周疲劳引起。
ItstartedwiththefailureofGT#2Bon05thJan-2007,GT#2Aon19thJan-2008andGT#3Aon8thNov-2008.AndfailureofGT#3Bavoidedduetoprematureunscheduledinspection.
GT#2B发生压气机事故的时间是2007年1月5日,GT#2A是2008年1月19日,GT#3A是2008年11月8日,GT#3B避免发生类似的事故是因为进行了之前未计划的检查。
Inallthreehappenings,machineswererunningabsolutelynormal.In-spiteofallnormalrunningparameters,stablegridfrequencyandatsteadyload,allonasudden,GasTurbineshavetrippedonHi-VibrationProtectiononautowithveryhighsound,Abnormalsoundwascomingfromthecompressorsideandrotorstoppedrotatingdidnotcomeonturninggear.Oncooling,CompressorrotorinspectedfromcompressorIGVendanddamageofcompressormovingblades&vanesobserved.
在发生的三起事故前机组运行完全正常,运行时无任何异常参数的变化、电网频率稳定、机组负荷稳定,然而出乎意料的是,机组轴振高保护跳闸,现场明显听见高分贝的声音,异音从压气机侧开始直至转子转速到零盘车投入。
在盘车期间,压气机转子检查从IGV末端、损坏的压气机动叶和静叶进行观察。
CompressorSection
Onopeningthecompressormidcasing(Stage2to12)upperhalf,catastrophicfailureofCompressorMoving&StationarybladesfromRow#2toLastStageincaseofGT#2A&3AandfromR3toLastStageincaseofGT#2Bobserved.Thefailureissomassivethatfailedmoving&stationarybladeshavegotmeltedandmoltenmetallicdebris(slag)depositedoncompressoroutletarea,airextractionlinesandinblades/vanescoolingairductaswellasonentirethecasinginnersurfaceincaseofGT#2A&3A.
压气机部分
当打开压气机中缸上半部分时(第2至12级),GT#2A&3A压气机动叶和静叶的灾难性事故从动叶和静叶第2列(R1、S1)到末级,GT#2B从R3到末级叶片。
压气机动叶和静叶的损坏是巨大的,压气机出口区域聚集了大量熔化的金属碎屑,GT#2A&3A事故中压气机抽气管道和动/静叶片的冷却空气通道同样堆积了大量熔化的金属碎屑。
损坏的叶片
附在压气机上大量熔化的金属碎屑
Oncloseobservation,itisfoundthatthefailuresareduetoimpactandonfurtherexaminingithasbeenfoundthatallmovingBladesandstationaryvanesfailedfromrootandallfailedsurfacearesobadlydeformedthatitisverydifficulttoidentifytheprimaryfailedblade.IncaseofGT#2A,onfurtherobservation,itwasnoticedthat2nos.ofmovingbladeofRow#2failedfromtheplatformbutthefailurepatternaredifferentfromtherest.Outofthistwomovingbladesofrow#2,onehasfailedfromjustabovetheplatformandonepiecehasfailed5-8mmbelowtheplatformandfailedsurfaceswerefoundtobelessdeformed.SimilarlyincaseofGT#3A,8nos.ofmovingbladesofrow#2,havefailed5-8mmbelowtheplatformandfailedsurfaceswerefoundtobelessdeformed.ButincaseofGT#2B,oneno.ofmovingbladesofrow#3,onehasfailedfromjustabovetheplatform.
继续观察发现,损坏的叶片受严重的冲击影响,进一步的检查发现所有的动叶和静叶从根部断裂,所有损坏的叶片表面已经严重变形以至于难以辨认叶片断裂的根源。
在GT#2A事故中,进一步的检查发现动叶第二列(R1)的2号叶片从叶台断裂,这种断裂形式跟剩余的叶片完全不同。
从R1的两片动叶发现,一片刚好在叶台上部断裂,令一片在叶台往下5-8mm断裂,同时在这些断裂的叶片表面发现少许的变形。
类似的出现于GT#3A的动叶第二列(R1)的8号叶片,在叶台往下5-8mm处断裂,同时在这些断裂的叶片表面发现少许的变形。
但是GT#2B事故中的动叶第三列(R2),一片叶片刚好在叶台上部断裂。
GasTurbine
冷却通道堵塞
OnopeningtheTurbinecasingnomajorphysicaldamagewasfoundinthemovingblade/Vanes.Butveryhugemetallicmoltendebrisfoundinthecoolingpassageofvanes&bladesofrow#1&Row#2.Thisisduethefactthatthecoolingairisextractedfromthedischargeofcompressorandwiththedamageofcompressorblades&vanes,veryfinedebris,havebeencarriedbythecoolingair,haveenteredintocoolingpassagesofbladesandvanesandgotdeposited.
燃机透平
打开燃机透平外壳后透平动叶/静叶未发现有明显的机械损伤,但是在第一级静叶、第一级动叶和第二级静叶、第二级动叶的冷却通道发现了非常多的金属碎屑。
这些碎屑来源于压气机排气的冷却空气,当压气机叶片断裂发生后,很多极细的碎屑随着冷却空气被带入透平动叶和静叶的冷却空气通道堆积堵塞。
RootCauseAnalysisofFailures
Onvisualinspectionoffailedsurfaceandmaterialflowonthedamagesurfaceofthemovingblades&vanes,itappearedthatthebladesandvanesofthecompressorhavefailedduetoimpact.Forimpactfailure,thecomponentshavetobehitwithanobject.TheobjectmaycomefromoutsideandhitthecomponentcausingdamagetothecomponentsandthistypeofdamageispopularlyknownasForeignObjectdamage(FOD).OrtheobjectmaybegeneratedwithintheturbineandmayhitthecomponentcausingdamagetothecomponentsandthistypeofdamageisknownasDomesticObjectdamage(DOD).Thisismostcommontypeoffailureingasturbineandtakesplaceduetoprematurefailureofgasturbinecomponents.Asmentionedabovethatthefailureisduetoimpactandforimpactfailure,thematerialistobehitbyanobjectandthisobjectmaybeexternalorinternal,hencefurtherinvestigationdoneoneachandeverystagesofmovingandstationarybladesofcompressortoidentifythesourceofobject.
叶片断裂根本原因分析
基于叶片断裂表面的目视检查和出现在断裂叶片表面的物料,表明压气机叶片的断裂是受到了严重冲击。
对于叶片断裂的冲击,部件必须受到目标的击打。
击打目标可能来自压气机外部,外物击打部件造成的损伤通常被称为外物损伤。
也可能来源于压气机内部,内部击打部件造成的损伤通常被称为内部损伤。
这两个是造成压气机损坏的常见原因,通常会造成压气机部件过早失效。
综上所述,叶片断裂常常是由于发生冲击和受到击打,叶片受到击打的源头可能是外部或内部目标,因此下一步的调查主要是针对压气机动叶和静叶的每一级、每一片叶片寻找断裂的源头。
DamageduetoForeignObject
Ifthedamagewasduetoforeignobject,thenthematerialhastotravelfromoutsidetheGasTurbine,andithastobeenteredintotheGasturbineCompressorthroughCompressorinletairplenumairflowpathonly.
外物击打损伤
假设压气机损坏是由于外物的击打,那么,击打物肯定是从外部跟随气流进入压气机,当然,击打物要想进入压气机只有从压气机入口这一条路径进入。
Ifthematerialenteredthroughthispath,thentheobjectshouldhavehittheIGVand1strowi.e.R0ofcompressormoving&stationarybladesandthosecomponentswouldhavedamaged.ButinallcasestheIGV,Compressormovingbladesofrow#0andstationaryvanesofrow#0havebeenfoundtobeOK(minutedentmarkattrailingedge).FODdamagecannotstartfromintermediatestage,hencethedamageofcompressormovingbladesandvanescannotbeduetotheFOD.
如果外物沿着压气机入口进入,那么,击打应该从IGV和第一列开始,也就是压气机动叶和静叶第一列(R0、S0)这些部件也应损坏。
但是在三起事故中,IGV、R0、S0均检查正常。
外物击打不可能从中间级开始,因此,排除了压气机动叶和静叶损坏的外物击打可能性。
DamageduetoDomesticObject
AstheprobabilityofdamageduetoFODhasalreadybeenruledouttherefore,thedamagehastobeduetoDOD,inordertofindthesourceofDomesticObject,whenthecompressormidcasingwasopened,itwasfoundthatallmostallmoving&stationarybladeshavefailedfromtherootjustaboveplatformwithmassivedeformationsandfailedsurfacearetotallydistorted(clockwise).Therefore,thoughanos.ofmoving&stationarybladeshavefailedstillquestionariseswhichhas/havefailedfirstandwhethertheyhavefailedoftheirown(duetoanyreason)ortheyhavealsobeenhitbyanobjectandthisobjecthasbegeneratedwithincompressor.NowDomesticObjectwillgenerateonlybecauseofanyoneorcombinationofthefollowing:
内部击打损坏
在排除了外物击打损坏的可能性后,压气机损坏事故只有内部击打导致了,为了寻找击打的源头,当压气机中压缸打开时发现大部分的动叶和静叶由于巨大的变形从叶台根部断裂,断裂的叶片表面已经完全变形(顺时针方向)。
因此,尽管一系列动叶和静叶已损坏,问题的关键是哪一片是第一片断裂的叶片,不论是这些断裂叶片中的一片还是被击打导致叶片断裂,但这些击打物都是来自压气机。
因此,击打物通常是已断裂叶片中的任何一片或者以下的一些组合:
1.Somethingleftduringlastinspection
2.Failureoffixingmaterialandhittingtheothercomponents
3.Dislodgingofmetallicpiecefromstationarybladeandhittingtheothercomponents.
4.Dislodgingofmetallicpiecefrommovingbladesandhittingtheothercomponents.
5.Dislodgingofmetallicpiecefrommovingandstationarybladesandhittingtheothercomponents.Inordertofindtherootcause,thefactorsmentionedabove,theoryofeliminationhavebeenappliedtocometothefinalcauseoffailure.
1、上一次检查时遗留在压气机内部的物品。
2、压气机的固定部件脱落击中了其他部件。
3、压气机静叶中含金属物质的部件掉块击打了其他部件。
4、压气机动叶中含金属物质的部件掉块击
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