9FA燃气轮机PM1喷嘴焊缝裂纹原因分析及处理

摘 要：介绍了9FA燃气轮机DLN2.0+燃烧器PM1喷嘴出现裂纹，导致燃机运行中天然气泄漏；简述事故原因、处理方法、更新新型喷嘴法兰。

关键词：燃料喷嘴 9FA燃气轮机 角焊缝 裂纹 天然气泄漏

中图分类号：TQ517 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0167-02

北京太阳宫燃气热电有限公司（以下简称“京阳热电”）机组装配有两台GE 9FA燃机，一台蒸汽轮机，三台发电机，其中两台燃机发电机为GE制造，一台汽机发电机为哈尔滨发电机厂制造。机组采用二拖一布置方式。

GE 9FA燃气轮机的燃烧器共18个，布置方式如图1所示：十二点方向为18号燃烧器，顺时针方向依次为17号至1号燃烧器在圆周等距排开。每个燃烧器有3种喷嘴，分别为扩散燃气喷嘴D5、预混燃气喷嘴PM1和PM4。

1 背景介绍

京阳热电机组正常二拖一运行期间，#1燃机透平间危险气体探头（45HT-5C）检测到机组危险浓度为5%，为了进一步核实探头的准确性，工程人员在#1燃机透平间风机出口处用专业天然气检测仪进行测量，发现天然气浓度为3%，基本确定透平间内发生天然气泄漏。

由于#1燃机刚刚更换#5、#6燃烧器，工程人员很快确认裂纹位置仍然为#5、#6燃烧器PM1喷嘴节流孔板下游反法兰区域。裂纹位置如图1所示。

2 异常原因分析

由于刚刚更换过两个燃烧器，这次又是PM1喷嘴同样位置焊缝裂纹导致天然气泄漏的事故，因此，此次事故与#5、#6燃烧器本身的焊接质量无直接关系，基本可以断定以下几点。

燃机喷嘴PM1结构存在设计缺陷。由图1我们可以看出，PM1喷嘴法兰的焊缝为角焊缝，且裂纹多次出现在焊缝处，证明其角焊缝设计不能满足现场要求。下面就角焊缝的强度进行详细说明。

燃机在运行期间燃烧器是静止状态的，那么我们可以认为在静载荷条件下，角焊缝只是在切应力作用下破坏的，因此其强度应按切应力进行计算。在角焊缝中，最容易发生破坏的位置是喉部，通常以45°作为其有效面积。

以表示等边三角型的直角边，表示焊缝的计算高度，那么可以得出

（1）

由于焊缝为环形焊缝，其45°的计算长度为

（2）

另为有效截面积下的应力则有

（3）

因为既不是正应力也不是剪应力所以

（4）

（5）

根据我国钢结构设计规范采用的角焊缝的应力计算公式：

（6）

由于是静载荷，将公式（4）（5）代入（6）可以得出：

（7）

其中为正面角焊缝强度增大系数取1.22，为角焊缝的强度设计值。

由公式（7）可以得出角焊缝的强度不能高于1.22倍的强度设计值。

在同样的情况下如果焊缝为对接焊缝那么根据公式（3）则有对接焊缝应力：

（8）

将公式（1）（2）代入公式（8），得到：

可见相同情况下，对接焊缝的应力仅为角焊缝的一半。

3 处理与防范

考虑到PM1喷嘴原始设计缺陷，工程人员根据以上数据计算将角焊缝改为对接焊缝连接，如下图4。并根据现场情况做出如下整改。

（1）将原始渐缩大小头与法兰插焊方式，改为整体锻造而成，取消该焊缝将焊缝位置后移至直管部分，增加焊缝强度。

（2）按照原始图纸，将PM1管道限位装置重新调整。

（3）加强金属监督力度，利用燃机停机机会将PM1管道及喷嘴所有焊缝进行着色探伤。

（4）严格审查新到或返修后的重要部件的检修检验报告，切实做好验收工作。

4 结语

此前，GE公司在TIL（技术通报函）中已经发布过关于PM4喷嘴裂纹的问题。京阳热电的此次事故，充分说明了国内机组在设备的使用上，不能完全依赖于进口设计，要充分结合自己现场的安装使用情况进行必要的隐患排查及检修。希望国内其它9FA发电公司充分借鉴京阳热电此次经验，避免相同问题再次发生。

参考文献

[1]王宏，徐连荣，向夏楠，等.DZL蒸汽锅炉锅筒大面积挖补修复工艺[J].焊接技术，201（8）：55-57.

[2]张勇.省煤器预热段集箱裂纹原因[J].设备管理与维修，2011（9）.

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