1000MW汽輪機高壓主汽門濾網破碎處理及原因分析

張守文 汪道遠 李德浩 劉博陽 李磊

摘 要：汽輪機高壓主汽門濾網破碎嚴重威脅機組安全運行。本文主要描述了1000MW超超臨界百萬汽輪機高壓主汽門濾網破碎后的檢查方案，并對高壓主汽門濾網破碎原因進行了分析，提出了相關的解決辦法和應對措施，可有效的預防了汽輪機高壓主汽門濾網破碎，為機組的安全穩定運行保駕護航。

關鍵詞：1000MW；超超臨界；汽輪機；高壓主汽門濾網；破碎；原因分析及處理

1.背景概述

隨著國內1000MW超超臨界機組服役周期的增長，汽輪機高壓主汽門濾網破碎風險系數也逐漸的增大，運行中汽輪機高壓主汽門濾網破碎嚴重影響機組安全和機組出力。

2.高壓主汽門濾網破碎檢查及處理

某電廠2號機組在處理A側低旁卡澀時在低旁閥的籠套中發現了一些金屬殘片。該金屬殘片的長度由5mm～30mm不等，寬度為7.8mm，厚度為1.1mm，有彎折痕跡。光譜分析其材質為SUP347。經查閱廠家圖紙，主汽濾網波紋狀鋼帶設計材質為X8CrNiNb16-13（國內牌號：奧氏體不銹鋼347），其成分與發現的金屬殘片基本一致。由此判斷此金屬殘片為主汽濾網波紋狀鋼帶破碎的殘片。

主汽門濾網波紋狀鋼帶寬度為7.8mm，厚度為1.1mm，展開長度約250m。主汽門濾網波紋鋼帶在高溫下的硬度為HB130-140，而汽輪機轉子葉片、汽封的硬度為HB230-250，葉片的迎汽面強度更高，進入汽輪機內部的波紋鋼帶會被轉子葉片剪切打碎，不會對轉子葉片、汽封有進一步損壞。

主汽門濾網破碎后為確保機組安全，特展開以下檢查工作：

2.1 對凝結水系統檢查

對凝結水泵入口濾網進行了檢查，未發現主汽門濾網碎片。對凝汽器熱井檢查發現熱井A側有6片濾網碎片，熱井B側有10片濾網碎片。

2.2 對中壓主汽門檢查

解體A、B兩側中壓主汽門，檢查發現：A、B兩側中壓主汽門濾網完好無損，但是A、B兩側中壓主汽門濾網再熱蒸汽側有較多金屬殘片夾雜，清理后進行設備回裝。

2.3 對高壓主汽門檢查

A側高壓主汽門解體后發現濾網波紋鋼帶已全部消失，汽門濾網固定的8只銷釘全部斷裂且汽門框架上及汽門內閥閥體各留有一半銷子，主汽門濾網骨架焊縫多處裂紋，主汽門濾網骨架上下端部及濾網支撐環的內環有磨損的跡象。

2.4 對高壓缸檢查

解體A側高壓調門后用內窺鏡檢查高壓缸首級進汽噴嘴室，有波紋鋼帶纏繞在噴嘴上，已影響機組出力。

2.5 對B側低旁和疏水閥門檢查

B側低旁閥解體后未發現濾網碎片。對本體疏水閥門進行解體檢查，閥體內未發現雜物，閥門研磨后回裝。

2.6 對鍋爐側檢查

對鍋爐高再節流短管拍片，每個聯箱端部拍5屏，計20屏，未發現異物。

鍋爐高再爐內銳角彎管拍片，從左至右分5個位置均布，每個位置拍10屏，計50屏，除A57-8管發現接長近20mm寬7～8mm的異物外，其他未發現異物；考慮高再管子焊接比較困難，加上異物已過節流孔，故決定不割A57-8管取異物。

對鍋爐低再入口集箱割手孔進行內部檢查，左側集箱內有5片疑似主汽閥濾網殘片及顆粒狀金屬物，右側集箱內發現長約400mm，直徑約40mm左右的桿狀金屬物及顆粒狀金屬物，其余未見異常，同時將發現的異物已取出。

3.高壓主汽門濾網破碎原因分析

3.1 補汽閥開啟的原因

汽輪機曾做過補汽閥開啟試驗，試驗中補汽閥開度20%引起軸振上升，但瓦振沒有明顯增加，這幾年運行中，在AGC調整過程中汽輪機補汽閥多次開到20%，從未引起不安全現象，因此補汽閥開啟不是汽輪機跳閘和濾網破碎的主要原因。

3.2 單側高調門異常關閉的原因

隨著機組運行周期的加長，主蒸汽調門伺服閥的機械部分卡澀現象會時有發生，當伺服閥卡澀時會造成高調門異常關閉的情況。

在以上情況發生時主蒸汽進汽調門異常關閉會造成瞬時汽輪機瞬時單側進汽，從而造成主汽門濾網的8個固定銷剪切力瞬時加大，尤其是機組負荷較高，蒸汽溫度和壓力達到額定工況時，剪切力和沖擊力相當大。當剪切力和沖擊力的合力超過高溫高壓情況下固定銷的材料剪切許用應力時就會造成主汽門濾網的8個固定銷斷裂。當主汽門濾網的固定銷斷裂后，濾網會在汽門進汽腔室內受蒸汽沖擊，產生振動及旋轉，最終波紋鋼帶從汽門框架上脫落。因此主汽門濾網固定銷子的斷裂是導致汽門濾網波紋鋼帶脫落的直接原因。

4.汽門濾網破碎對機組造成的不良影響

4.1 機組出力受限

由于濾網破碎，高壓缸首級進汽噴嘴室有波紋鋼帶纏繞在噴嘴上，影響機組出力。

4.2 汽輪機振動引起機組跳閘

某電廠2號機組由877MW增加至930MW過程中#1瓦振動增大，8：50#1瓦軸振報警，8：53補汽閥關閉，8：59：30補汽閥再次開啟，9：03：30補汽閥開至20%最高閥限，9：02：47#1瓦軸振達73μm，9：04：43#1瓦軸振達81μm，9：05：55上升至170μm以上。9：06：14，#1瓦振至12.7mm/s，8秒后主機#1瓦振動高保護動作，機組跳閘。

造成#1瓦的瓦振突然增大的主要原因為汽輪機缸內動靜摩擦導致。從機組跳閘后4.9小時后的沖轉情況來看，機組從盤車到滿速全過程各軸承軸振、瓦振正常，排除了動葉片較大損傷的可能。導致汽輪機跳閘的其主要原因是堆積纏繞在噴嘴區域的A側高壓主汽門破碎的波形鋼帶被汽流沖刷松動，部分碎片由高壓缸噴嘴進入汽機通流部分，進入某一級葉頂汽封、壓力級級間汽封等部位。機組動靜間隙瞬時縮小，動靜之間短時碰磨造成#1瓦振動短時急劇增大，加上此時正值加負荷期間，補汽閥開啟至20%的最高閥限，基礎振動值較高（此時基礎振動值為83μm，高于正常運行時的40μm），兩項疊加造成#1瓦軸振、瓦振急劇增大，達到保護動作值。

5.解決辦法及對應措施

5.1 臨時處理措施

為避免破裂的濾網碎片短時碰磨再次造成軸承振動保護動作，將主機#1瓦的瓦振保護在11.8mm/s至13.5mm/s區間延時時間已由3秒改為10秒，13.5mm/s以上保持延時3秒。由于波紋鋼帶不開高壓缸難以取出，只能等到機組檢修開缸處理。

5.2 防范措施

5.2.1加強EH油油品管理，防止伺服閥卡澀。

5.2.2跟蹤機組出力和高壓缸效率，根據缸效變化趨勢確定開缸時間，適當縮短12年開缸的大修周期，提前進行高壓缸返廠大修準備。

5.2.3更換新的主汽門濾網，將主汽門濾網的8只O16*90材質為0Cr18Ni10Ti-0固定圓柱銷更改為？20*90。

5.2.4利用機組檢修機會對其它機組濾網圓柱銷進行超聲波檢查和更換O20*90的圓柱銷。

結束語

隨著國內1000MW機組運行年限的增加，機組汽門伺服閥卡澀和熱力系統承壓部件失效的事件會越來越多，如果能及時有效的對失效部位進行細致、認真的檢查和分析，并制定有效的措施進行預防，可有效的防止不安全事件的發生，確保機組長周期安全穩定運行。

參考文獻：

[1] 華能玉環電廠2A主汽濾網破損分析處理報告。

[2] 華能玉環電廠2號機組汽輪機1號瓦振動大停機事件報告。

[3]上海汽輪機廠主汽門濾網裝配圖。

作者簡介：

張守文（1982-），男，華能玉環電廠（浙江省玉環縣大麥嶼開發區下青塘，317604），zhangshouwen101@163.com ，電話：0576-87177349，工程師，汽機點檢長，從事電廠汽機工作15年。