阜新發(fā)電有限責(zé)任公司“8.19”事故調(diào)查：聯(lián)軸器造成
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GⅠCL型—鼓形齒式聯(lián)軸器 | |
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一、全廠概況
阜新發(fā)電廠隸屬遼寧省電力公司，始建于1936年，已有60多年建廠歷史，是建國(guó)后國(guó)家“一五”期間156項(xiàng)重點(diǎn)工程之一。現(xiàn)全廠總裝機(jī)容量為750MW，其中：中壓25MW供熱機(jī)組兩臺(tái)、50MW機(jī)組兩臺(tái)；高壓50MW機(jī)組兩臺(tái)、100MW機(jī)組三臺(tái)；超高壓200MW機(jī)組一臺(tái)。其中200MW機(jī)組是作為“以大代小”的技改工程建設(shè)的，機(jī)組產(chǎn)權(quán)歸阜新發(fā)電有限責(zé)任公司，阜新發(fā)電廠只負(fù)責(zé)機(jī)組的運(yùn)行，設(shè)備檢修及生產(chǎn)管理，阜新發(fā)電廠將200MW機(jī)組編號(hào)為01號(hào)機(jī)組；
阜新發(fā)電有限責(zé)任公司由三方股東共同出資建設(shè)，東北電力投資開發(fā)公司占89％股份；阜新太平電廠占6％股份；阜新市綜合投資公司占5％股份。公司依據(jù)《公司法》設(shè)立董事會(huì)、監(jiān)事會(huì)，總經(jīng)理負(fù)責(zé)公司的經(jīng)營(yíng)。
二、事故機(jī)組概況
阜新發(fā)電廠01號(hào)汽輪機(jī)CCl40／N200--12．7／535／535型超高壓一次中間再熱兩段抽汽凝汽式機(jī)組，由哈爾濱汽輪機(jī)廠制造，出廠日期1996年，出廠編號(hào)72N9；發(fā)電機(jī)型號(hào)QFSN--200--2，出廠編號(hào)3--60237，出廠日期為1995年10月，由哈爾濱電機(jī)廠制造；鍋爐型號(hào)為HG670／13．7--YMI6，出廠編號(hào)2339，出廠日期1995年3月，由哈爾濱鍋爐廠制造。
該機(jī)組1996年3月安裝，1996年11月2日首次并網(wǎng)發(fā)電，同年12月18日正式移交生產(chǎn)。到8月19日事故時(shí)止，累計(jì)運(yùn)行15151小時(shí)，發(fā)電量27．06億千瓦時(shí)。
三、事故經(jīng)過(guò)
1999年8月19日0時(shí)20分，運(yùn)行五值接班，機(jī)組負(fù)荷為155MW運(yùn)行；0時(shí)30分，值長(zhǎng)令加負(fù)荷到165MW；1時(shí)整，值長(zhǎng)令加負(fù)荷到170MW，主蒸汽壓力為12.6MPa，主蒸汽溫度535℃，蒸汽流量536．9噸／時(shí)。
47分30秒，“高、中壓主汽門關(guān)閉”、“抽汽逆止門關(guān)閉”光字牌報(bào)警，監(jiān)盤司機(jī)喊“機(jī)跳了”。47分32秒，交流、直流潤(rùn)滑油泵聯(lián)動(dòng)良好。47分37秒，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)5532跳閘，有功負(fù)荷到“0”，6KV廠用電備用電源聯(lián)動(dòng)成功。
值長(zhǎng)來(lái)電話向單元長(zhǎng)詢問(wèn)情況，單元長(zhǎng)告：“01號(hào)機(jī)、發(fā)電機(jī)跳閘。”值長(zhǎng)當(dāng)即告：“立即查明保護(hù)動(dòng)作情況，對(duì)設(shè)備詳細(xì)檢查，有問(wèn)題向我匯報(bào)。”單元長(zhǎng)令：“汽機(jī)、電氣人員檢查保護(hù)及設(shè)備情況。”司機(jī)助手到保護(hù)盤檢查本特利保護(hù)，回來(lái)后向單元長(zhǎng)匯報(bào)：“沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。”汽機(jī)班長(zhǎng)檢查完設(shè)備匯報(bào)單元長(zhǎng)說(shuō)：“設(shè)備檢查沒(méi)問(wèn)題。”電氣班長(zhǎng)確認(rèn)后匯報(bào)：“發(fā)電機(jī)跳，6KV廠用正常聯(lián)動(dòng)備用電源，電氣保護(hù)無(wú)動(dòng)作，只有‘熱工保護(hù)動(dòng)作’光字牌來(lái)信號(hào)。”
單元長(zhǎng)向值長(zhǎng)匯報(bào)：“檢查保護(hù)和設(shè)備都沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。”值長(zhǎng)告：“如無(wú)異常，可以恢復(fù)。”隨即單元長(zhǎng)告汽機(jī)班長(zhǎng)：“汽機(jī)掛閘，保持機(jī)3000轉(zhuǎn)／分。”汽機(jī)班長(zhǎng)到就地機(jī)頭處操作，手搖同步器由30mm退至到“0”位，同時(shí)令司機(jī)助手去檢查設(shè)備情況，助手回來(lái)后匯報(bào)：“機(jī)組檢查正常，主軸在轉(zhuǎn)動(dòng)中。”這時(shí)班長(zhǎng)操作同步器增加行程時(shí)發(fā)現(xiàn)高、中壓主汽門來(lái)開，告助手去復(fù)歸“熱工保護(hù)動(dòng)作自保持復(fù)歸按鈕”，當(dāng)檢查就地壓力表立盤時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)速油壓很低，對(duì)從控制室返回來(lái)的助手說(shuō)：“把調(diào)速油泵轉(zhuǎn)起來(lái)。”
調(diào)速油壓恢復(fù)后，汽機(jī)班長(zhǎng)到機(jī)頭再次掛閘，逐步增加同步器行程，高、中壓主汽門開啟，行程達(dá)8mm時(shí)回到主控制室，準(zhǔn)備用電調(diào)升速，設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速3000r／min，升速率為300r／min／min，按進(jìn)行鍵，此時(shí)轉(zhuǎn)速實(shí)際值未能跟蹤目標(biāo)值，同時(shí)“高、中壓主汽門關(guān)閉”信號(hào)光字牌亮，汽機(jī)班長(zhǎng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析認(rèn)為電調(diào)不正常，向單元長(zhǎng)匯報(bào)，并請(qǐng)示切液調(diào)運(yùn)行，單元長(zhǎng)同意。
汽機(jī)班長(zhǎng)到機(jī)頭處將同步器退到“0”位，通知司機(jī)將電調(diào)切為液調(diào)運(yùn)行，掛閘后同步器行程為8mm時(shí)，高壓主汽門已開啟，達(dá)Ⅱmln時(shí)，轉(zhuǎn)速表顯示100r／min左右，1時(shí)56分30秒，當(dāng)準(zhǔn)備檢查調(diào)速汽門開度時(shí)，聽到主汽門關(guān)閉聲，同時(shí)一聲巨響，發(fā)電機(jī)后部著火，機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞。
四、設(shè)備損壞情況
1．軸系
(1)軸系斷為11段，10個(gè)斷裂面，其中5處為軸斷裂，4處為對(duì)輪螺栓斷裂，1處為齒型聯(lián)軸器失效。
(2)中壓轉(zhuǎn)子電側(cè)軸端在軸封R角處斷裂，斷軸長(zhǎng)約1．8m，飛出距離11m。
(3)低壓轉(zhuǎn)子機(jī)側(cè)軸端在軸頸與油擋過(guò)渡處斷裂，斷軸長(zhǎng)約lm。發(fā)電機(jī)機(jī)側(cè)軸端在軸頸處斷裂，斷軸長(zhǎng)約1．5m。飛落約35m遠(yuǎn)。
(4)中、低壓轉(zhuǎn)子半撓性波紋聯(lián)軸器兩端斷裂并成碎塊。
(5)主油泵與主軸間齒型聯(lián)軸器內(nèi)、外齒損壞失效脫開。
(6)低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)間、發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁機(jī)間對(duì)輪螺栓斷裂。
2．軸瓦
(1)3、4瓦瓦體、瓦蓋打壞，軸承箱上部破裂移位。
(2)5、6瓦瓦體、瓦蓋，軸承箱全部損壞。
(3)6、7瓦全部破裂、移動(dòng)。
(4)勵(lì)磁機(jī)前瓦損壞，后瓦瓦蓋損壞，瓦體損壞。
3．隔板、葉輪及葉片
(1)高壓缸葉頂汽封磨損，隔板和軸端汽封嚴(yán)重磨損。
(2)中壓缸第21級(jí)葉片復(fù)環(huán)局部脫落，第22級(jí)全級(jí)葉片葉頂磨損約lOmm。
(3)低壓缸轉(zhuǎn)子27級(jí)葉片距葉頂斷掉約200mm，32級(jí)葉片有27片距葉型底部15mm處斷。
4．主、輔設(shè)備
(1)高、中缸貓爪橫銷翹起，立銷不同程度損壞，缸體位移。
(2)低壓缸逆流側(cè)上缸左側(cè)破裂為IOOX300mm的孔洞，排汽缸上缸右側(cè)破裂約為300×700mm的孔洞，下缸右側(cè)中分面下部破裂約為1000X1000mm孔洞。
(3)低壓缸順流側(cè)下缸左側(cè)破裂約為150X300mm孔洞。
(4)發(fā)電機(jī)定子底部局部掃膛，轉(zhuǎn)子槽楔全部磨損，發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)上端蓋破損。
(5)中、低壓缸導(dǎo)汽管機(jī)側(cè)左部被擊穿約300X1000mm的孔洞，中部右側(cè)斷裂約1000mm，電側(cè)左部被擊穿約為300X1000mm的孔洞。
(6)盤車裝置損壞，定子線圈飛出A排墻外，齒形圈飛出約25m。
(7)中壓調(diào)速汽門操縱座折斷傾倒。
經(jīng)評(píng)估，事故造成的經(jīng)濟(jì)損失為1246萬(wàn)元。
五、事故原因分析
1．齒型聯(lián)軸器失效是事故的起因。
齒型聯(lián)軸器由左、右外齒軸套和左、右內(nèi)齒套筒構(gòu)成。1998年5月25日，阜新發(fā)電廠01號(hào)機(jī)組大修時(shí)發(fā)現(xiàn)，主油泵齒型聯(lián)軸器外齒的齒寬磨損嚴(yán)重，于是更換了該齒型聯(lián)軸器。具體的定貨渠道是：1998年4月15日，阜新發(fā)電廠供應(yīng)處(即阜新發(fā)電物資供銷公司)同黑龍江省龍電開發(fā)有限公司(以下簡(jiǎn)稱龍電公司)簽訂了二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)配件加工合同。龍電公司將阜新發(fā)電廠二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)配件委托給哈爾濱汽輪機(jī)廠輔機(jī)工業(yè)總公司(以下簡(jiǎn)稱輔機(jī)公司)加工。龍電公司隸屬黑龍江省機(jī)械廳，注冊(cè)資本六十萬(wàn)元，系有限責(zé)任公司，近幾年為東北電網(wǎng)及全國(guó)電力系統(tǒng)提供過(guò)配套服務(wù)。據(jù)了解，輔機(jī)公司隸屬于哈爾濱汽輪機(jī)廠，該公司具備發(fā)電設(shè)備加工制造資格，經(jīng)東北電業(yè)管理局審查被確定為東北電業(yè)管理局物資入網(wǎng)企業(yè)。輔機(jī)公司向阜新發(fā)電廠提供的齒型聯(lián)軸器到貨時(shí)附有合格證和材質(zhì)單。
根據(jù)中國(guó)科學(xué)院金屬研究所對(duì)齒型聯(lián)軸器材質(zhì)的檢測(cè)：左、右內(nèi)齒和左外齒材料為38CrMoAl，基體熱處理和表面滲氮處理均不合格，齒表面滲氮缺陷嚴(yán)重超標(biāo)；右外齒錯(cuò)用材料為32Cr3MoV，使右內(nèi)、外齒材料不相匹配，是齒型聯(lián)軸器低壽命失效的主要原因。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成的潤(rùn)滑不良，加速了齒型聯(lián)軸器的低壽命失效。此外，齒型聯(lián)軸器裝配的實(shí)際尺寸與圖紙有偏差，可能使內(nèi)外齒更易磨損。
齒型聯(lián)軸器的失效，在運(yùn)行中造成主油泵小軸與汽輪機(jī)主軸脫開，主油泵停止工作，轉(zhuǎn)速失去監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)失控。
2．幾種因素偶合的特殊工況致使低壓缸鑄鐵隔板在壓力波沖擊作用下碎裂是軸系損壞的主要原因。
由于主油泵不能工作，調(diào)速油壓低、中壓主汽門前壓力高、轉(zhuǎn)速失去監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)失控等條件的偶合，導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)時(shí)中壓汽門遲后于高壓汽門而突然全開的特殊工況。根據(jù)清華大學(xué)應(yīng)用振蕩流體力學(xué)原理的計(jì)算結(jié)果：在中、低壓缸瞬時(shí)進(jìn)入300t／h——600t／h蒸氣所產(chǎn)生的壓力波沖擊下，低壓各級(jí)隔板級(jí)間最大壓差均為設(shè)計(jì)壓差的10倍以上。通過(guò)對(duì)低壓鑄鐵隔鐵破壞性試驗(yàn)結(jié)果表明，導(dǎo)葉屈服時(shí)的加載力約為設(shè)計(jì)壓差的6．5倍；隔板損壞時(shí)的加載力約為設(shè)計(jì)壓差的10倍，試驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果相一致。
因此，低壓缸鑄鐵隔板的碎裂損壞，使靜、動(dòng)部件嚴(yán)重碰磨，機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，是轉(zhuǎn)子斷裂、軸系破壞的主要原因。
3．運(yùn)行人員缺乏正確的判斷能力，是偶發(fā)中壓缸瞬時(shí)進(jìn)人大量蒸氣特殊工況的主要原因之—。
齒型聯(lián)軸器的失效，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速失去監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)失控，中壓缸瞬時(shí)進(jìn)入大量蒸氣特殊工況，這種情況在國(guó)內(nèi)從未發(fā)生過(guò)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員對(duì)此缺乏正確的判斷能力，對(duì)轉(zhuǎn)速表的異常指示沒(méi)能做出全面的綜合分析，運(yùn)行人員認(rèn)為“無(wú)異常”，仍按正常操作程序進(jìn)行起動(dòng)，是發(fā)生中、低壓缸瞬時(shí)進(jìn)入大量蒸汽特殊工況的條件之—。
六、事故性質(zhì)和責(zé)任分析
1．齒型聯(lián)軸器的失效是事故的起因。由于齒型聯(lián)軸器質(zhì)量低劣，材料處理工藝不合格及錯(cuò)用，導(dǎo)致齒牙嚴(yán)重磨損、折斷、變形損傷，造成齒型聯(lián)軸器低壽命失效，使主油泵軸與汽輪機(jī)主軸脫開，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)跳閘、機(jī)組甩負(fù)荷、轉(zhuǎn)速失去監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)失控。因而制造廠家哈爾濱市汽輪機(jī)輔機(jī)工業(yè)總公司對(duì)此負(fù)主要責(zé)任。
2．阜新發(fā)電有限責(zé)任公司對(duì)齒型聯(lián)軸器的失效，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速失去監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)失控未能做出正確判斷，對(duì)機(jī)組的再次啟動(dòng)應(yīng)負(fù)直接責(zé)任。阜新發(fā)電有限責(zé)任公司，廠、分廠、生技處、安監(jiān)處、值長(zhǎng)組等相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)負(fù)領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任；當(dāng)班值長(zhǎng)、單元長(zhǎng)、汽機(jī)班長(zhǎng)、汽機(jī)司機(jī)對(duì)啟動(dòng)應(yīng)分別負(fù)指揮、操作的直接責(zé)任。
3．設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行單位對(duì)這種特殊工況的產(chǎn)生條件研究不夠，未能在現(xiàn)有技術(shù)水平上加以避免，從而發(fā)生隔板損壞、進(jìn)而導(dǎo)致軸系破壞的嚴(yán)重后果，應(yīng)承擔(dān)一定的責(zé)任。
事故性質(zhì)：阜新發(fā)電有限公司“8•19”軸系損壞事故是—起由設(shè)備質(zhì)量、技術(shù)等綜合原因偶合引發(fā)的重大責(zé)任事故。
七、暴露問(wèn)題
1．通過(guò)實(shí)際測(cè)量、解剖檢查等表明，低壓缸隔板大部分導(dǎo)葉插入深度不夠或澆鑄接合不好，尤為突出的是澆鑄的靜葉銷釘充滿度不好，降低了導(dǎo)葉與隔板和外環(huán)的連接強(qiáng)度，在事故中使導(dǎo)葉從葉根或葉頂處拔出、脫落。
2．中壓轉(zhuǎn)子表面存在加工缺陷和早期裂紋，導(dǎo)致應(yīng)力集中，材料的抗疲勞能力及壽命大幅度降低，在機(jī)組異常工況下極易損壞，存在隱患。
3．汽機(jī)運(yùn)行規(guī)程不嚴(yán)密。對(duì)齒形聯(lián)軸器損壞脫開，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速失去監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)失控，從現(xiàn)象到判斷處理，沒(méi)有明確規(guī)定，使運(yùn)行人員只能憑個(gè)人分析去處理。
4．培訓(xùn)工作不扎實(shí)，沒(méi)有突出崗位培訓(xùn)的特點(diǎn)，缺乏相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)內(nèi)容。造成運(yùn)行
八、防范措施
1．齒型聯(lián)軸器是汽輪機(jī)極為重要的部件，其磨損現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)較為普遍，對(duì)其設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量必須高度重視。要認(rèn)真總結(jié)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，嚴(yán)格控制制造、加工質(zhì)量；應(yīng)有防止內(nèi)齒套筒相對(duì)位移過(guò)大的措施，進(jìn)一步改善齒的潤(rùn)滑狀況；嚴(yán)禁錯(cuò)用材料、嚴(yán)格規(guī)范材料的處理工藝。確保齒型聯(lián)軸器使用的安全性、可靠性。
2．加強(qiáng)備品配件的質(zhì)量管理工作。按標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)真檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)，嚴(yán)把備品配件及設(shè)備質(zhì)量關(guān)，防止不合格的備品備件進(jìn)廠，進(jìn)而保證備品備件的安全可靠性。
3．鑄鐵隔板在國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組上被廣泛使用，其制造、加21232藝要求較高，尤其是導(dǎo)葉的插人深度、澆鑄結(jié)合的程度以及設(shè)計(jì)的型線等，一般較難控制，在正常運(yùn)行中雖未發(fā)生過(guò)大的問(wèn)題，但在異常工況下極易損壞，為提高運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，建議今后制造廠在新制機(jī)組時(shí)考慮將鑄鐵隔板改為焊接隔板，以提高抗沖擊能力。
4．加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高人員素質(zhì)。人員素質(zhì)與生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展水平不相適應(yīng)是普遍現(xiàn)象，尤其是青工較多、經(jīng)驗(yàn)不足的現(xiàn)狀。要加強(qiáng)人員的崗位技術(shù)培訓(xùn)，建立嚴(yán)格的技術(shù)考核制度，提高運(yùn)行人員對(duì)一般事故和特殊事故的判斷、應(yīng)變能力和水平。
5．加強(qiáng)技術(shù)管理、杜絕事故隱患。設(shè)備的健康水平是保證機(jī)組安全運(yùn)行的先決條件，無(wú)論劃、缺陷均要查明原因，及時(shí)消除，決不可放過(guò)。要對(duì)200MW機(jī)組的齒形聯(lián)軸器進(jìn)行一次全面的檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。按規(guī)定認(rèn)真完成金屬監(jiān)督要求，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行金屬檢查。
6．完善運(yùn)行規(guī)程。對(duì)現(xiàn)有200MW機(jī)組的運(yùn)行、檢修規(guī)程進(jìn)行全面的審查，結(jié)合設(shè)備、系統(tǒng)的實(shí)際情況加以充實(shí)完善。如主油泵標(biāo)高、低油壓保護(hù)聯(lián)動(dòng)值、再熱器壓力的控制要求等，應(yīng)進(jìn)行深入研究，納入規(guī)程。要針對(duì)電、液并存調(diào)節(jié)系統(tǒng)易發(fā)生的故障，編進(jìn)運(yùn)行規(guī)程的事故處理章節(jié)，以使運(yùn)行、檢修人員操作有章法、判斷有依據(jù)。
7．就地增設(shè)在主軸側(cè)取信號(hào)源的轉(zhuǎn)速表，便于運(yùn)行人員在沖轉(zhuǎn)升速及事故處理過(guò)程的對(duì)照和分析。