1 000 MW汽輪機高壓缸中分面漏汽分析及處理

劉中華，賈東友，李躍剛

(天津電力建設公司，天津市，300380)

0 引言

華能海門電廠3號機組安裝東方汽輪機廠生產的日立技術1 000 MW機組，該機為N1000-25.0/600/600型超超臨界、一次中間再熱、單軸、高中壓分缸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機。該機組為國內同類型機組的第10臺。根據掌握的信息，在已投產的同類型機組中均不同程度地出現過高壓缸中分面局部漏汽問題，此問題在運行中很難消除。例如某臺機組在運行時出現漏汽，在熱態進行熱緊，然而不但沒有消除漏汽，還在大修時發現大量熱緊過的高壓外缸螺栓出現“咬死”及裂紋現象，給機組的安全、經濟運行帶來很大影響。為了有效地避免該問題的發生，在安裝前會同廠家代表、業主專工、監理對以往機組出現的此類問題進行細致分析，找出可能引發問題的原因，制定出一套有針對性的施工措施，并在3號機組的安裝過程中嚴格按照措施施工，最終取得了良好的效果。

1 問題描述

經對已投產機組漏汽現象的分析得出一些共性結論，大致為以下幾點:

(1)機組都是在初次負荷帶到800 MW左右時開始漏汽。

(2)漏汽位置均出現在高壓缸中分面靠排汽端兩側，大致位置在圖1所示的外缸穿透螺栓序號15、17、19、21 及螺栓序號 16、18、20、22 處。各臺機組漏汽面積不盡相同。

(3)在機組熱態時采取二次熱緊措施不能根治漏汽現象，而且由于二次熱緊時沒有基準，加之實際操作危險性很大，問題很難處理。

圖1 高壓缸螺栓布置Fig.1 Bolt distribution inside high pressure casing

2 原因分析

由于本臺機組是天津電建公司安裝的首臺此類型機組，缺少經驗，主要依靠搜集到的以往幾臺機組漏汽情況信息和汽輪機廠家提供的圖紙、說明書等資料［1-6］進行分析，并就存疑的問題請教了制造廠家，最終認為可能導致漏汽的因素有以下幾個方面。

2.1 高壓缸中分面加工工藝的影響

高壓缸中分面加工工藝不良的可能性相對較小，但是也不能完全排除，需要在安裝過程中給予重點檢查。

2.2 中分面密封膠質量不好或涂抹不勻

中分面涂密封膠的工序在實際施工過程中往往被忽視，但密封膠質量卻對最終的安裝質量產生很大影響。

2.3 高壓缸內外汽封體徑向間隙偏大

汽封徑向間隙偏大可導致蒸汽從軸封漏到高壓外缸，增加外缸負荷。

2.4 高壓外缸前貓爪截面積過小

貓爪截面積過小，伸出過長，會導致強度低，使靠近貓爪處外缸螺栓受到額外負荷，使外缸中分面的預緊力減小。但由于缺乏理論基礎，需經過廠家設計部門進一步認定。

2.5 高壓內缸貓爪支承銷頂起外缸

在某臺機組的檢修中曾發現高壓內缸4個貓爪處支承銷有頂缸現象。在廠家設計圖中此支撐銷與上半外缸之間設計間隙為0.15～0.20 mm，后認為這個間隙值偏小，正常運行時可能阻礙貓爪自由膨脹而引起頂起外缸的現象(見圖2)。廠家最終將此間隙調整為0.20～0.25 mm。

2.6 螺栓緊固力矩不夠

導致螺栓實際緊固力矩不夠的原因可能有以下幾方面:

圖2 高壓內缸貓爪支承銷間隙Fig.2 Clearance of paw rest bin

(1)螺栓伸長量測量存在誤差。測量螺栓原始長度和熱緊后長度均應在螺栓豎直狀態下進行，如果測量原始長度時螺栓處于水平狀態，不管是栽絲還是穿透型螺栓，測量工具測頭都很難對準螺栓加熱孔底部中心，造成原始測量數據偏小。

(2)在安裝過程中以旋轉弧長代替伸長量測量。此種方法并未對熱緊后的螺栓實際伸長量進行復測，導致螺栓實際伸長量存在測量誤差。

(3)廠家提供的熱緊螺栓伸長量是一個范圍而不是準確數據。按照日立機組設計的特點，一般設計富余量相對較少，如果施工中采用偏下限的伸長量，就可能出現實際緊固力度不足的情況。由于無法核算螺栓伸長值是否可靠，最后決定將螺栓伸長量控制在允許范圍的上限，以確保足夠的緊固力度。本臺機組易泄漏位置螺栓(直徑為51 mm、長為1 370 mm)的最終伸長量如表1所示。

表1 高壓缸螺栓伸長量Tab.1 bolt elongation range of high pressure casing

3 控制措施

在按照廠家說明書及相關資料編制施工措施時，除按相關要求進行質量控制外，還為了確保高壓缸不漏汽而提出了針對性措施。

3.1 檢查高壓內、外缸水平中分面間隙

合缸檢查高壓內、外缸水平中分面間隙，由于高壓外缸中分面螺栓偏內側，中分面法蘭主要靠內側密封，所以內、外側間隙均要測量。記錄自由狀態的間隙值，應符合廠家《主機證明書》［1-7］要求。缸面自由狀態下間隙小于0.25 mm且穿入長度不超過法蘭的1/3，緊1/3螺栓后中分面塞不進0.03 mm塞尺，如果未達到要求，需進行現場處理。

3.2 調整貓爪支承銷間隙

按照廠家文件要求，將高壓內缸4個貓爪處支承銷與上半外缸的間隙，由原設計0.15～0.20 mm調整為0.25～0.30 mm，并在安裝中進行重點控制，消除內缸頂起外缸的隱患。

3.3 確保密封脂質量

高壓外缸水平中分面密封脂選擇中國電力科學研究院北京國電富通科技發展有限公司生產的MF-4型汽缸密封脂。密封脂厚度為0.5～1.0 mm，須涂抹均勻，在涂抹過程中由質量員全程旁站監督，確保安裝質量。

3.4 控制汽封體徑向間隙

高壓缸內、外汽封體徑向間隙按圖要求控制在設計值下限，防止從軸封漏汽到高壓外缸。

3.5 增設外缸疏水

按廠家變更要求在高壓外缸增加1路疏水，主要是為了排除內、外缸夾層中的蒸汽，減小運行時上、下缸溫差。

3.6 螺栓熱緊要求

(1)由于測量螺栓伸長的百分表以螺栓端面為基準，因此所有高壓外缸中分面螺栓端面必須清理干凈，打磨掉高點，保證螺栓原始長度及伸長量測量的準確性。

(2)將高壓外缸中分面帶齊螺栓，在螺栓垂直狀態下用螺栓伸長測量工具測量螺栓原始長度，要求測量3次取平均值，如3次測量數值間偏差較大，要找到偏差產生的原因并重新測量。

(3)按照螺栓預緊說明書要求的順序冷緊中分面螺栓，消除結合面間隙，如果中分面間隙未消除，可用扳手加套管的方式緊固消除(或熱緊部分螺栓消除)，不得用大錘敲擊。

(4)冷緊完后再測量高壓外缸中分面螺栓，保證中分面螺栓伸長0.04～0.05 mm，冷緊均勻，避免個別螺栓緊力不夠或受力過大。對于高壓外缸前側穿透螺栓(序號15～22)，須多測量幾遍，保證測量數據準確，因前幾臺機組漏汽部位均在此處。

(5)所有螺栓的伸長量均達到廠家要求的上限。需要特別注意的是，由于高壓外缸中分面螺栓偏內側，要嚴格控制熱緊伸長量不得超過設計許可范圍，以免造成法蘭外張口。山東某電廠發生過由于熱緊伸長量過大，致使外缸出現張口而漏汽的情況。

(6)待螺栓冷卻到常溫后測量其實際伸長量，對于沒有達到伸長量要求的螺栓需進行二次熱緊，確保所有螺栓伸長量達到要求。

(7)冷緊前測量螺栓原始值，冷緊后測量伸長量，熱緊后等螺栓冷卻到常溫后再次測量伸長量，螺栓伸長量測量工作均由同一人完成，以減小人為誤差。

4 結語

針對該型機組高壓缸漏汽問題，進行了詳細的分析，羅列出可能的影響因素，并制定了有針對性的控制措施。在華能海門電廠3號機組安裝過程中完全按照上述措施進行質量控制。目前機組已經投產并安全運行很長時間，機組高壓外缸未發現有任何泄漏現象，說明該措施是有效可行的。希望這一經驗可給同行帶來一定的啟發。

［1］東方汽輪機廠.D1000A-000103ASM—2009螺栓預緊說明書［R］.德陽:東方汽輪機廠，2009.

［2］東方汽輪機廠.高溫螺栓熱緊伸長量與螺母旋轉弧長對應表［R］.德陽:東方汽輪機廠，2009.

［3］DL/T 438—2009火力發電廠金屬技術監督規程［S］.北京:中國電力出版社，2009.

［4］唐飛，董斌，趙敏.超超臨界機組在我國的發展及應用［J］.電力建設.2010，31(1):80-86.

［5］東方汽輪機廠.N1000-25.0/600/600型汽輪機熱力特性書［R］.德陽:東方汽輪機廠，2009.

［6］江哲生，董衛國，毛國光.國產1 000 MW 超超臨界機組技術綜述［J］.電力建設，2007，28(8):42-45.

［7］東方汽輪機廠.N1000-25.0/600/600型汽輪機主機證明書［R］.德陽:東方汽輪機廠，2009.