催化装置烟气轮机叶片断裂原因分析

发布时间：2016-11-05 07:46

摘 要

为保证烟气能量能够得到最大化回收，在催化裂化庄重进行烟气轮机的装置是必不可少的环节，该装置通过将机器产生的烟气通过热力和压力共同作用下转换成可供机器运转的能量，并且提供机器风扇进行发电。这种回收方式不仅将不需要的烟气进行回收，并且能够将其转换成可供机器运转的能量。
烟机由于其特殊的运行环境，包括周围环境温度、周围空气的污染、并且机器长时间处于高速运转的状态，所以在实际运用过程中出现了明显不足，导致机器在处理相关问题时无法正常完成。在设计烟机时由于无法统筹兼顾整个催化裂化装置，所以常常出现机器主扇叶片断裂等问题，这些问题会导致烟机各项功能出现错误。表现最为严重、危害最大的就是烟机叶片断裂，使整个装置运行停止，装置停产。因此，对烟机叶片断裂的研究是非常必要和重要的，会给装置带来安全生产，将产生极大的经济效果。
本文针对催化装置烟气轮机叶片断裂问题进行着重分析研究，经过对各个炼油厂烟机运行情况的调研，主要走访一些烟机出现过故障的炼厂。详细查阅烟机发生事故状态前后的运行记录，排查烟机在发生事故前后的每一个环节，根据不同炼厂烟机动叶片断裂原因的分析，找出事故发生的主要原因。通过对烟机叶片材料和材料热处理工艺分析以及对抚顺石油二厂催化车间烟机进行现场调查，分析取样并经现场观察有一个动叶片榫齿的断裂异常，决定对其进行深入的分析。通过对叶片叶顶部分和叶片底部的榫齿部分进行详细的宏观检查及力学性能对比分析。主要包括了解叶片断裂经过及损坏情况，叶片解剖前的宏观检查分析，常规力学性能分析。对叶片进行显微组织对比分析，主要包括夹杂物和晶粒度分析，断口形貌分析，强化相析出形态及晶界状态的SEM分析，强化相析出形态的高分辨场发射电镜分析。在进行上述步骤时也需要对处理后的叶片进行取样，通过进行前后硬度等要素的对比，对叶片综合冲级使用能力进行对比分析，并将最终结果进行记录。为了进一步评价动叶片的组织行为，对一片未断裂的叶片进行系统的解剖分析。综合现场调研分析、微观组织行为及硬度和冲击性能的对比分析，最终给出该动叶片失效的原因，为同类烟机叶片的结构设计及失效分析提供实验数据。
关键词：烟气轮机，叶片，断裂，晶粒，榫齿，晶界

Abstract

The gas turbine, which installed in the smoke energy recovery system of FCC Unit, is the main equipment of installed gas recovery of waste heat. The gas turbine is the kind of rotating machinery at high speed that can change the heat energy and pressure in FCC unit gas into mechanical energy through expanding power.The power can be used to drive the main fan to produce air supply for the device or drive the generators to produce power so as to achieve the purpose of energy recovery. 

Because Flue Gas Turbine usually works at high temperatures, dust, dirt, high speed and other conditions, plus the problems exist in the designing, manufacturing, installing, running and other links, all these factors cause the gas turbine can not achieve the ideal effect. During the working process, some equipment failure such as high-value, leak, scraping, captive interlock maloperation will cause the crew to stop and even gas turbine rotor blade break, coupling fault and overspeed,etc. All these accidents will cause great damage to gas turbine. The most serious damage is the break of turbine rotor blade, which can stop the whole device and even the operation. Therefore, the study of gas turbine blade fracture is very necessary and important, because the study will bring safe operation and achieve substantial economic effect.
This article conducts the analytical study emphatically in view of the question of catalyzed cracking unit turbine blade break.Through the investigation and study about the working condition of turbine in each oil refinery and visiting of some refineries that have similar accidents, the author checked the record and each link before and after the accidents carefully. According to the analysis of accidents in different refineries, the author tried to find out the major reasons of the accidents. Through the investigation of the material and heat treatment technology analysis of turbine blade, as well as the spot investigation in thecatalytic workshop of Fushun 2nd Petroleum Refinery, the analytical sampling and the spot observation shows that there is a moving vane tenon tooth’s break, thus the author decided to carry on the thorough analysis to it. Through the macro-inspecting of the uppermost part of blade and the bottom part of the tenon, the author conducts the contrastive analysis of mechanical performance. The analysis mainly includes the understanding of the process of blade break and the damage situation; the macroscopic inspection analysis before the blade dissection and the convention mechanical properties analysis. As for the microstructure contrastive analysis to the leaf blade, mainly includes the analysis of inclusion and the crystal grain size analysis; the fracture appearance analysis, the strengthening separates out the shape and the crystal boundary condition SEM analysis, the strengthening separates out the shape the high resolution field launch electron microscope analysis. Meanwhile through the contrastive analysis after using the leaf blade to carry on degree of hardness contrastive analysis, and through taking a sample on the leaf blade, conducting contrastive analysis on the blade impact properties of the used leaf blade. In order to make further evaluation of the rotor blades’ organizational behavior, the author conducts the systematic dissection and analysis on a non-breaking blade. Integrate spot research and analysis, microstructure and hardness and comparative analysis of the impact performance, the paper will ultimately give the reasons of rotor blade failure, and provide experimental data for similar turbine rotor blade structure design and failure analysis in the future.
Keyword: Gas expander，Blade，Fracture，Grain，Tenon，Grain boundary
 
目 录
 
第一章  前 言 1
1.1 概述 1
1.2 问题的提出 2
1.3 研究方向 2
1.4 研究内容 3
1.5 研究方案 3
第二章 烟机叶片材质 4
2.1 国外、国内叶片材质应用情况 4
2.2 国内、外采用的材质应用对比分析 5
第三章 烟机叶片热处理工艺 7
3.1热处理对GH864合金影响 7
3.2动叶片锻件毛坯热处理制度 7
3.3叶片锻件毛坯热处理制度试验数据 9
3.4研讨分析所得的结论 11
第四章 研究材料及研究方法 13
4.1研究材料 13
4.2研究方法 13
第五章 失效叶片宏观检查及力学性能对比分析 15
5.1叶片断裂经过及损坏情况 15
5.2解剖前的宏观检查分析 16
5.3常规力学性能分析 17
5.4本章小结 29
第六章 失效叶片显微组织对比分析 20
6.1断口取样方案 21
6.2夹杂物和晶粒度分析 22
6.3断口形貌分析 28
6.4强化相析出形态及晶界状态的SEM分析 33
6.5强化相析出形态的高分辨场发射电镜分析 35
6.6本章小结 36
第七章 总论 37
第八章 叶片断裂预防措施 39
致谢 41
符号说明 42
参 考 文 献 43
 
第一章  前 言

1.1 概述
为保证烟气能量能够得到最大化回收，在催化裂化庄重进行烟气轮机的装置是必不可少的环节，该装置通过将机器产生的烟气通过热力和压力共同作用下转换成可供机器运转的能量，，并且提供机器风扇进行发电。这种回收方式不仅将不需要的烟气进行回收，并且能够将其转换成可供机器运转的能量。
我国自七十年代以来已生产各种类型的烟机一百多台，这些机组在节约电能方面效益可观。然而，烟机在正常运作时周围环境以及自身运行条件十分苛刻，所以需要对其安全性能进行监管。但是在烟机进行运转时能量平衡分布，所以在其散发高热量时热量分布到每一个机轮中，所以在运转时温度会出现上升趋势。况且烟气轮机的气氛介质中含有CO，CO的二次燃烧会造成气氛导致涡轮盘的金属温度骤升，而温度是影响叶片和涡轮盘工作的敏感因素，因此对超温现象的研究是很重要的，另外实际工作中也可能发生超载现象。
由于其硬度要求符合制造大型设备，所以从1960年开始在各国航空公司以及制造涡轮装置时采用该合金。在使用这一合金时能够与多个硬度较高的设备进行调节，及时硬度要求过高的状态下也能够通过其韧性较强的特点进行扩展。通常高强度设备的温度较高，以往的金属在面对这种情况时由于温度过高出现断裂等问题，但是该合金具有非常出色面对高温环境下可以长时间保持其塑形。这一特点对制造涡轮盘来说无疑是非常特殊的作用，能够保证涡轮及时在长时间运作状态下出现高温，也能够正常运行。自五十年代中期，很多研究者对该合金的化学成分、热加工工艺、热处理制度、合金的组织控制等方面进行了细致的研究，使得合金的强度和塑性不断得以提高。在七十年代末又推出了高强度和高塑性的超级Waspaloy合金。在1986年4月该合金被北京石油设计院选用作为YLII-10000型烟气轮机两级涡轮盘和叶片材料。合金功能非常强大，但是在面对烟气机轮的设计中采用此金属，也无法改善由于其特殊的运行环境导致的一系列问题。所以在实际运用中发现在温度和周围空气相互交替变幻中机轮的叶片出现明显的裂痕。
第八章 叶片断裂预防措施
烟机是主风机组中工况最恶劣的，要使其安全稳定长周期运行，一方面设计制造是关键，另一方面外部因素影响也不能忽视。只有这两方面都做好了，才能保证烟气轮机安全稳定运行。防止烟机叶片断裂采取的措施及建议如下：

本文编号：164826