某电厂汽轮机末二级叶片断裂机组打闸停机事故分析报告

一 、事故（事件）发生、扩大和处理情况 ：

2018年7月9日23:40，#1、2汽轮机厂房内发出一声异响，汽机运行值班人员立即现场检查，发现#1汽轮机本体运行声音发闷，未听到明显的金属摩擦声或感受到汽轮机剧烈振动。同时汽机运行人员发现#1汽轮机DEH盘显示#1轴承振动由原来8μm上升至41μm（报警值：60μm，跳机值：70μm），其它参数无明显变化。汽机运行当班班长安排司机对#1至#4道轴承振动、轴向位移、调速级压力、机组负荷等重要参数进行检查，检查人员检查后汇报班长，汽轮机各道轴承就地实测振动值正常，现场表计无异常，气缸没有听到明显异声，机组产生的噪声有些发闷，无法判断声响来源，其他各系统运行正常。班长及时将检查情况汇报了当值值长，当值值长立即到现场检查也未发现明显异常，同时通知检修值班负责人安排检修人员作进一步检查。当值值长将以上情况汇报厂值班领导，同时令汽机运行人员加强对#1汽轮机各运行参数的监视。

7月10日01:40，值长通知生产技术科、运行分场、检修部门相关领导及相关专业人员到#1机现场作进一步检查。

02:40，生产技术科、运行分场、检修部门相关专业人员来到#1机组现场对#1汽轮机再次做了整体外观检查，根据现场排汽缸的噪音、地面振动大等现象，就地用测振仪进行了实际测振，#1轴承振动为41μm（报警值：60μm，跳机值：70μm），#2轴承振动由原来5μm上升至26μm（报警值：60μm，跳机值：70μm）、#3轴承振动由原来10μm上升至18μm（报警值：70μm，跳机值：120μm）、#4轴承振动无变化；#1轴承径向瓦温由64℃上升至84℃（报警值：100℃，停机值：110℃），其它运行参数正常。同时值长联系化学运行立即化验凝水硬度，告知凝水硬度达到了50（mol/L），已超标。检修人员经过现场认真检查，结合以上现象进行分析，初步判断，怀疑汽轮机内部叶片小边角有断裂现象。于是在现场的汽机检修专业主任、汽机运行负责人以及生产技术科汽机专工等人向值长建议停机，值长同意。

03:30当值值长向省调汇报#1汽轮机声音异常，轴承振动大，申请停机，省调回复按现场运行规程处理。

05:35，运行打闸停机。

（非本事故照片）

二、事故（事件）原因分析：

根据揭缸后的检查，经金属专家初步分析造成机组轴承振动大的直接原因为次末级叶片断裂所致，次末级断裂的叶片中间部位有细微晶体材质缺陷产生裂纹，经过长时间的向两侧扩延，到无法承受高温高压蒸汽冲击的临界值时发生断裂，叶片断裂后直接打击到了上部去湿环，导致去湿环的螺栓大部分断裂脱落，脱落的部分螺栓与末级叶片、隔板发生碰擦现象，造成磨损。

断裂的叶片已送至电科院进行了进一步的材质晶体缺陷分析，分析结果为：造成叶片断裂的主要原因为叶片出汽侧存在组织异常区域，该区域正常组织与非正常组织的分界线是应力集中区域，叶片经长期运行，因疲劳积累，使疲劳强度下降，裂纹自分界线起裂短时间内迅速延伸至正常组织边沿，逐渐切向延伸形成裂纹发展的后区，当疲劳裂纹发展接近第三区时，由于叶片有效截面不断减小，增加了叶片的应力，在不足以抵抗多次交变应力的作用下，瞬间发生了断裂，详见《#1汽轮机次末级转子动叶片断裂原因分析》。

1.关于叶片局部异常组织（淬火组织）形成原因的推断：

（1）可能在制造阶段形成，比如装配阶段叶片变形矫正（热整形，或冷娇正）均可以使局部组织产生变化，导致硬度升高，脆性增加。

（2）可能在检修中发生碰撞后热冷矫正形成淬硬组织。

2.叶片断裂原因的推断

（1）DL/T438-2016规定的2Cr13硬度范围（212-277HB），该区域硬度远高于标准要求值，达到500HB，不正常的组织边界出现夹杂或者微观晶界裂纹可能性较大，这个地区一直处于应力集中状态，就是开裂的起始点，突然沿叶片两组织边界呈15度夹角开裂（叶片截面为0度）符合叶片在正常组织和异常组织的交界处开裂规律。

（2）突然启裂的裂纹的前端开始推进形成疲劳裂纹，在交变应力的作用下，裂纹开始逐渐延伸，形成疲劳裂纹发展区，疲劳裂纹的发展一般是以前沿线向前发展，因此疲劳裂纹发展区会显示出贝壳状花样的宏观形貌。

（3）疲劳裂纹在交变应力的作用下向前发展的同时，断裂面相互摩擦，经过多次交变应力，疲劳断口磨成瓷断面状，但仍可见前沿线。

（非本事故照片）

3.形成裂纹距最终断裂的持续时间推断

叶片启裂点是出汽侧，随着机组持续运行，疲劳裂纹则不断向前推送，导致叶片的截面积不断减小，当剩余的断面无法抵抗外界静应力的作用时，便发生了静力断裂.根据对叶片断面宏观及微观分析，考虑到机组一直持续运行，且叶片运行工况恶劣，在突然开裂带伤运行的情况下，估计自裂纹启裂到最终断裂的持续时间为36个月。

4.关于叶片局部异常组织（淬火组织）能否遥过常规检测手段发现及预防的讨论叶片溶硬组织是材料局部微观组织变化，是相同材料组织不同而产生的内部组织。

应力，外部宏观检查看不出来，更无法通过无损探伤中的任何手段发现。

此次断口取样发现的组织异常是通过实验室金相检测与硬度检测相结合的方法发现的，是偶然现象，因为根本不可能对检修中的每片叶片进行100%面积的金相分析检查。

目前无控制手段从漂头（叶片的冶金状态的夹杂、加工中的热处理规范否）进行质量控制，大修中无法通过宏观检查、无损检测等方法发现淬硬组织，无法预防。如果需要认真检查，则需要将叶片拆下，对每只叶片均进行100%硬度测试及金相分析，（所有无损探伤手段都无法检测）这样做损伤了叶片的表面，这不允许，也不现实，业内也没有这样做的。

运行断叶片在中小机组中是常见的事故，但贵厂所断叶片证明了叶片的质量确实有问题，假如2#机组也混有淬硬组织的叶片，今后随时断裂的可能性也是存在的，

1#机本次更换的新叶片，很难保证金相组织都是合格的，有无有淬硬组织叶片混入其中，无法知道，同样无法保证今后不在运行中断裂。

经调查，2016年3月26日#1机组大修项目第三项转子项第12条为“叶片探伤抽查”，质量标准和要求为无裂纹。依据DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》委托徐州电力试验中心对汽轮机转子叶片进行探伤检查，并出具了#1机大修金属试验报告中渗透检测报告（No：PT-3)，检测结果为：未发现不允许存在的缺陷痕迹显示，结论合格。

经调查，2016年5月4日#1机组修后投入运行以来，机组各运行参数正常。

三、事故（事件）损失情况：

（一）设备损坏情况：

揭缸后检查：#1汽轮机末级叶片顶部去湿环上部分脱落，下半侧变形。末级叶片有摩擦痕迹，次末级有34片叶片磨损变形，次末级叶片断裂一片，断裂的叶片卡在上汽缸隔板处。

（二）直接经济损失：

 1.汽轮机本体揭缸、修复隔板、去湿环，轴瓦等维修工作。

 2.汽轮机转子返回南汽厂大修，更换末一、二级叶片，做动平衡及超速试验等。

四、事故（事件）暴露出来的问题：

 1.在技术管理上，对汽轮机断叶片认识不到位，重视不够。

 2.在针对汽轮机断叶片事故的应急管理方面，经验不足，也没有开展针对性的应急演练。

五、防止事故（事件）重复发生的对策、防范/整改措施