2014年2月第37卷第1期
大免
Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry
Feb.2014 Vol.37 No.1
二氧化碳压缩机汽轮机叶片断裂原因分析及优化
徐鑫金，张伟，谢会武
（中国石油大庆石化分公司化肥厂，黑龙江大庆163714）
摘要：针对二氧化碳压缩机汽轮机末级叶片断裂事故进行分析，通过采用强度分析、振动分析和测频等方法，确认叶片断裂的主要原因为多源疲劳断裂。根据分析结果，对叶片进行相应的优化，防止叶片断裂事故的再次发生。
关键调：二氧化碳压缩机汽轮机末级叶片
中国石油大庆石化分公司化肥厂二氧化碳压缩机汽轮机是由意大利新比隆公司制造的 EK1100/ZUD型单缸、抽汽、注汽、凝汽式汽轮机，额定功率7210kW，额定转速7050r/min，主蒸汽压力4.04MPa、温度385℃，满负荷时蒸汽耗量95 t/h。主蒸汽经过第一级叶轮做功后，蒸汽压力降至 2.0~2.3MPa，温度降至310℃，抽出约61.4t/h供装置工艺部分使用，剩下约24t/h的蒸汽进人第二级叶轮继续做功，做功后的蒸汽压力降到0.29 MPa以下，同装置的副产蒸汽约17/h一并进人后汽缸，经过5个反动式叶片做功以后压力降为 0.0132MPa，温度降为50℃，共约45t/h进人表面冷凝器冷凝，表面冷凝器真空度为-0.09MPa。
汽轮机转子为整锻式，其中高压级为单级冲动级，中压级为双列复速级，高压和中压调节级叶片为整体围带，低压级由五级反动级叶轮组成，其前三级为整体围带，末两级有分组连接的松拉筋，以降低叶片的动应力。除高压调节级叶根为“叉” 型叶根外，其余各级均为"T"型叶根。该机组末级动叶片为拉筋连接的反动级变截面扭叶片，叶片安装采用隔叶件形式，最后通过打入锁口链的方式逐渐把叶片挤紧，然后进行锁口。末级共有57 只叶片，其中标准叶片42片，减薄叶片15片，叶片材质为2Cr13，拉筋直径为6.5mm，材质为TC4 叶片工作部分高度为200mm，总长245.1mm，在距离叶根174mm处有一道Φ6.5mm半圈一组的松拉筋。次末级共有90只叶片，其中标准叶片79 片，减薄叶片11片，叶片材质为2Cr13，拉筋直径
万方数据
为5.5mm，材质为TC6，叶片工作部分高度为164 mm，总长204.6mm，在距离叶根124.6mm处有
道5.5mm半圈一组的松拉筋。 1叶片的断裂情况
该汽轮机从1976年8月投入运行以来，多次发生末级叶片断裂事故，原因一直不明。据不完全统计，1976年至今，共计出现末级、次末级叶片或拉筋断裂14次，具体情况见表1。2008年通过强度分析发现叶片拉筋孔处应力过大，已经超出 2Cr13材料的屈服极限，于是把叶片材料改为 0Cr17Ni4Cu4Nb，拉筋材料改为TC16钛合金，使原材料届服极限由490~590MPa提高到755~890 MPa，从强度上满足设计要求，单只叶片和成组叶片振动频率、材质与更改前的叶片相同，但是该转子在运行4个月后末级叶片连带部分拉筋一同发生断裂，断口是在距叶片根部约25mm处，断裂叶片是在锁口件约180°位置上，与平衡块相隔处有1 只完全松动的叶片，断裂叶片与松动叶片的间隙为0.75~1mm。2009年1月更换上未经过材质升级的备用转子，3月汽轮机末级叶片有2只在拉筋孔危险截面处的叶型部分断裂（间隔4只叶片），如图1所示。2009年3月更换上另外1台未经过材
收稿日期：2013-09-10；收到修改稿日期：2013-11-22。
作者简介：徐鑫金，男，1987年出生，工程师，本科学历，2008 年毕业于东北石油大学过装备与控制工程专业，现为中国石油大庆石化分公司化肥厂尿素装置设备技术员。联系电话：0459-6745025;Email:xuxj2ds@petrochina.com.cn