1000MW汽輪機(jī)高壓主汽門濾網(wǎng)破碎處理及原因分析

張守文 汪道遠(yuǎn) 李德浩 劉博陽 李磊

摘 要：汽輪機(jī)高壓主汽門濾網(wǎng)破碎嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。本文主要描述了1000MW超超臨界百萬汽輪機(jī)高壓主汽門濾網(wǎng)破碎后的檢查方案，并對(duì)高壓主汽門濾網(wǎng)破碎原因進(jìn)行了分析，提出了相關(guān)的解決辦法和應(yīng)對(duì)措施，可有效的預(yù)防了汽輪機(jī)高壓主汽門濾網(wǎng)破碎，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：1000MW；超超臨界；汽輪機(jī)；高壓主汽門濾網(wǎng)；破碎；原因分析及處理

1.背景概述

隨著國內(nèi)1000MW超超臨界機(jī)組服役周期的增長，汽輪機(jī)高壓主汽門濾網(wǎng)破碎風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也逐漸的增大，運(yùn)行中汽輪機(jī)高壓主汽門濾網(wǎng)破碎嚴(yán)重影響機(jī)組安全和機(jī)組出力。

2.高壓主汽門濾網(wǎng)破碎檢查及處理

某電廠2號(hào)機(jī)組在處理A側(cè)低旁卡澀時(shí)在低旁閥的籠套中發(fā)現(xiàn)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(zhì)為SUP347。經(jīng)查閱廠家圖紙，主汽濾網(wǎng)波紋狀鋼帶設(shè)計(jì)材質(zhì)為X8CrNiNb16-13（國內(nèi)牌號(hào)：奧氏體不銹鋼347），其成分與發(fā)現(xiàn)的金屬殘片基本一致。由此判斷此金屬殘片為主汽濾網(wǎng)波紋狀鋼帶破碎的殘片。

主汽門濾網(wǎng)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(wǎng)波紋鋼帶在高溫下的硬度為HB130-140，而汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、汽封的硬度為HB230-250，葉片的迎汽面強(qiáng)度更高，進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部的波紋鋼帶會(huì)被轉(zhuǎn)子葉片剪切打碎，不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子葉片、汽封有進(jìn)一步損壞。

主汽門濾網(wǎng)破碎后為確保機(jī)組安全，特展開以下檢查工作：

2.1 對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)檢查

對(duì)凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)主汽門濾網(wǎng)碎片。對(duì)凝汽器熱井檢查發(fā)現(xiàn)熱井A側(cè)有6片濾網(wǎng)碎片，熱井B側(cè)有10片濾網(wǎng)碎片。

2.2 對(duì)中壓主汽門檢查

解體A、B兩側(cè)中壓主汽門，檢查發(fā)現(xiàn)：A、B兩側(cè)中壓主汽門濾網(wǎng)完好無損，但是A、B兩側(cè)中壓主汽門濾網(wǎng)再熱蒸汽側(cè)有較多金屬殘片夾雜，清理后進(jìn)行設(shè)備回裝。

2.3 對(duì)高壓主汽門檢查

A側(cè)高壓主汽門解體后發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)波紋鋼帶已全部消失，汽門濾網(wǎng)固定的8只銷釘全部斷裂且汽門框架上及汽門內(nèi)閥閥體各留有一半銷子，主汽門濾網(wǎng)骨架焊縫多處裂紋，主汽門濾網(wǎng)骨架上下端部及濾網(wǎng)支撐環(huán)的內(nèi)環(huán)有磨損的跡象。

2.4 對(duì)高壓缸檢查

解體A側(cè)高壓調(diào)門后用內(nèi)窺鏡檢查高壓缸首級(jí)進(jìn)汽噴嘴室，有波紋鋼帶纏繞在噴嘴上，已影響機(jī)組出力。

2.5 對(duì)B側(cè)低旁和疏水閥門檢查

B側(cè)低旁閥解體后未發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)碎片。對(duì)本體疏水閥門進(jìn)行解體檢查，閥體內(nèi)未發(fā)現(xiàn)雜物，閥門研磨后回裝。

2.6 對(duì)鍋爐側(cè)檢查

對(duì)鍋爐高再節(jié)流短管拍片，每個(gè)聯(lián)箱端部拍5屏，計(jì)20屏，未發(fā)現(xiàn)異物。

鍋爐高再爐內(nèi)銳角彎管拍片，從左至右分5個(gè)位置均布，每個(gè)位置拍10屏，計(jì)50屏，除A57-8管發(fā)現(xiàn)接長近20mm寬7～8mm的異物外，其他未發(fā)現(xiàn)異物；考慮高再管子焊接比較困難，加上異物已過節(jié)流孔，故決定不割A(yù)57-8管取異物。

對(duì)鍋爐低再入口集箱割手孔進(jìn)行內(nèi)部檢查，左側(cè)集箱內(nèi)有5片疑似主汽閥濾網(wǎng)殘片及顆粒狀金屬物，右側(cè)集箱內(nèi)發(fā)現(xiàn)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(shí)將發(fā)現(xiàn)的異物已取出。

3.高壓主汽門濾網(wǎng)破碎原因分析

3.1 補(bǔ)汽閥開啟的原因

汽輪機(jī)曾做過補(bǔ)汽閥開啟試驗(yàn)，試驗(yàn)中補(bǔ)汽閥開度20%引起軸振上升，但瓦振沒有明顯增加，這幾年運(yùn)行中，在AGC調(diào)整過程中汽輪機(jī)補(bǔ)汽閥多次開到20%，從未引起不安全現(xiàn)象，因此補(bǔ)汽閥開啟不是汽輪機(jī)跳閘和濾網(wǎng)破碎的主要原因。

3.2 單側(cè)高調(diào)門異常關(guān)閉的原因

隨著機(jī)組運(yùn)行周期的加長，主蒸汽調(diào)門伺服閥的機(jī)械部分卡澀現(xiàn)象會(huì)時(shí)有發(fā)生，當(dāng)伺服閥卡澀時(shí)會(huì)造成高調(diào)門異常關(guān)閉的情況。

在以上情況發(fā)生時(shí)主蒸汽進(jìn)汽調(diào)門異常關(guān)閉會(huì)造成瞬時(shí)汽輪機(jī)瞬時(shí)單側(cè)進(jìn)汽，從而造成主汽門濾網(wǎng)的8個(gè)固定銷剪切力瞬時(shí)加大，尤其是機(jī)組負(fù)荷較高，蒸汽溫度和壓力達(dá)到額定工況時(shí)，剪切力和沖擊力相當(dāng)大。當(dāng)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(yīng)力時(shí)就會(huì)造成主汽門濾網(wǎng)的8個(gè)固定銷斷裂。當(dāng)主汽門濾網(wǎng)的固定銷斷裂后，濾網(wǎng)會(huì)在汽門進(jìn)汽腔室內(nèi)受蒸汽沖擊，產(chǎn)生振動(dòng)及旋轉(zhuǎn)，最終波紋鋼帶從汽門框架上脫落。因此主汽門濾網(wǎng)固定銷子的斷裂是導(dǎo)致汽門濾網(wǎng)波紋鋼帶脫落的直接原因。

4.汽門濾網(wǎng)破碎對(duì)機(jī)組造成的不良影響

4.1 機(jī)組出力受限

由于濾網(wǎng)破碎，高壓缸首級(jí)進(jìn)汽噴嘴室有波紋鋼帶纏繞在噴嘴上，影響機(jī)組出力。

4.2 汽輪機(jī)振動(dòng)引起機(jī)組跳閘

某電廠2號(hào)機(jī)組由877MW增加至930MW過程中#1瓦振動(dòng)增大，8：50#1瓦軸振報(bào)警，8：53補(bǔ)汽閥關(guān)閉，8：59：30補(bǔ)汽閥再次開啟，9：03：30補(bǔ)汽閥開至20%最高閥限，9：02：47#1瓦軸振達(dá)73μm，9：04：43#1瓦軸振達(dá)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(jī)#1瓦振動(dòng)高保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。

造成#1瓦的瓦振突然增大的主要原因?yàn)槠啓C(jī)缸內(nèi)動(dòng)靜摩擦導(dǎo)致。從機(jī)組跳閘后4.9小時(shí)后的沖轉(zhuǎn)情況來看，機(jī)組從盤車到滿速全過程各軸承軸振、瓦振正常，排除了動(dòng)葉片較大損傷的可能。導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘的其主要原因是堆積纏繞在噴嘴區(qū)域的A側(cè)高壓主汽門破碎的波形鋼帶被汽流沖刷松動(dòng)，部分碎片由高壓缸噴嘴進(jìn)入汽機(jī)通流部分，進(jìn)入某一級(jí)葉頂汽封、壓力級(jí)級(jí)間汽封等部位。機(jī)組動(dòng)靜間隙瞬時(shí)縮小，動(dòng)靜之間短時(shí)碰磨造成#1瓦振動(dòng)短時(shí)急劇增大，加上此時(shí)正值加負(fù)荷期間，補(bǔ)汽閥開啟至20%的最高閥限，基礎(chǔ)振動(dòng)值較高（此時(shí)基礎(chǔ)振動(dòng)值為83μm，高于正常運(yùn)行時(shí)的40μm），兩項(xiàng)疊加造成#1瓦軸振、瓦振急劇增大，達(dá)到保護(hù)動(dòng)作值。

5.解決辦法及對(duì)應(yīng)措施

5.1 臨時(shí)處理措施

為避免破裂的濾網(wǎng)碎片短時(shí)碰磨再次造成軸承振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，將主機(jī)#1瓦的瓦振保護(hù)在11.8mm/s至13.5mm/s區(qū)間延時(shí)時(shí)間已由3秒改為10秒，13.5mm/s以上保持延時(shí)3秒。由于波紋鋼帶不開高壓缸難以取出，只能等到機(jī)組檢修開缸處理。

5.2 防范措施

5.2.1加強(qiáng)EH油油品管理，防止伺服閥卡澀。

5.2.2跟蹤機(jī)組出力和高壓缸效率，根據(jù)缸效變化趨勢確定開缸時(shí)間，適當(dāng)縮短12年開缸的大修周期，提前進(jìn)行高壓缸返廠大修準(zhǔn)備。

5.2.3更換新的主汽門濾網(wǎng)，將主汽門濾網(wǎng)的8只O16*90材質(zhì)為0Cr18Ni10Ti-0固定圓柱銷更改為？20*90。

5.2.4利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)其它機(jī)組濾網(wǎng)圓柱銷進(jìn)行超聲波檢查和更換O20*90的圓柱銷。

結(jié)束語

隨著國內(nèi)1000MW機(jī)組運(yùn)行年限的增加，機(jī)組汽門伺服閥卡澀和熱力系統(tǒng)承壓部件失效的事件會(huì)越來越多，如果能及時(shí)有效的對(duì)失效部位進(jìn)行細(xì)致、認(rèn)真的檢查和分析，并制定有效的措施進(jìn)行預(yù)防，可有效的防止不安全事件的發(fā)生，確保機(jī)組長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 華能玉環(huán)電廠2A主汽濾網(wǎng)破損分析處理報(bào)告。

[2] 華能玉環(huán)電廠2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)1號(hào)瓦振動(dòng)大停機(jī)事件報(bào)告。

[3]上海汽輪機(jī)廠主汽門濾網(wǎng)裝配圖。

作者簡介：

張守文（1982-），男，華能玉環(huán)電廠（浙江省玉環(huán)縣大麥嶼開發(fā)區(qū)下青塘，317604），zhangshouwen101@163.com ，電話：0576-87177349，工程師，汽機(jī)點(diǎn)檢長，從事電廠汽機(jī)工作15年。