給水泵汽輪機進汽管道開裂泄漏的分析與處理

李曉鵬，田 平，桂景海

（酒鋼集團宏晟電熱有限責任公司，甘肅嘉峪關 735100）

前言

某4×350 MW 電廠，每臺機組配置2 臺NK50/56型給水泵汽輪機，為其高壓給水系統的給水泵提供動力，并且兩臺機組配置一臺電動調速給水泵組作為備用。給水泵汽輪機由蒸汽驅動，汽源設計理念是采用三路汽源無擾切換進行供汽，以滿足各種工況條件下的經濟運行與安全運行。其三路汽源分別是：輔助蒸汽、主汽輪機四段抽汽與主汽輪機高壓排汽。給水泵汽輪機啟動階段采用輔助蒸汽供汽，正常運行時，在負荷105 MW 至350 MW 之間，采用主汽輪機四級抽汽作為正常汽源，而在機組高負荷、高背壓，又或是當給水泵汽輪機與給水泵出力下降時，主汽輪機高壓排汽汽源介入，提供高于主汽輪機四級抽汽壓力的汽源，以保證機組可接帶高負荷。其三路汽源的管道布置見圖1。

圖1 管道布置

該廠自2019 年4 月起，給水泵汽輪機進汽管道發生管道開裂，造成高溫蒸汽泄漏，對安全生產產生了不良影響。對管道開裂造成泄漏的時間段進行進汽參數調查，未發現超壓、超溫運行情況；對現場進行檢查，管道支吊架等安全附件均完好；給水泵汽輪機的振動、瓦溫等參數均正常；查閱安裝資料，進汽管道的到貨驗收流程、合格證等齊全，未發現任何會造成管道開裂的因素。

1 給水泵汽輪機進汽管道開裂的原因分析及要因確認

通過對該廠給水泵汽輪機進汽管道發生開裂的問題進行分析與總結，結合現場開裂管道裂紋情況與運行參數收集，進行分析研究。

1.1 給水泵汽輪機進汽管道內存在介質溫度變化頻繁情況

通過該廠SIS 監控系統，調取給水泵汽輪機運行期間的各項參數發現，參數有異?，F象的為給水泵汽輪機進汽管道內蒸汽壓力與溫度，雖然未發現超溫、超壓現象，但存在進汽壓力在0.7 MPa 至1.1 MPa之間變動，溫度在280 ℃至340 ℃之間變動，變動頻率最多為8 次/日的問題。此現象因自2019年4 月起，火電機組執行深度新能源消納，執行期間，機組負荷最低降至140 MW，而給水泵汽輪機因機組負荷變化，汽源需進行不斷切換。前文提到，給水泵汽輪機汽源在機組負荷105 MW 至350 MW之間時，采用主汽輪機四級抽汽作為正常汽源，而在機組高負荷、高背壓，又或是當給水泵汽輪機與給水泵出力下降時，主汽輪機高壓排汽汽源介入，提供高于主汽輪機四級抽汽壓力的汽源。但參考三路汽源的參數，主汽輪機高壓排汽汽源介入后的壓力變化屬于正常變動，溫度變動不符合設計要求，主汽輪機四級抽汽與主汽輪機高壓排汽設計運行溫度一致，不應出現溫度大幅度變化情況。造成給水泵汽輪機進汽管道內介質溫度變化頻繁的原因，判斷為主汽輪機高壓排汽溫度異常降低。三種汽源運行參數見表1。

表1 汽源運行參數

1.2 主汽輪機高壓排汽汽源溫度下降情況

通過對管道系統進行梳理，發現主汽輪機高壓排汽汽源溫度受到高壓旁路汽源影響，溫度由設計溫度350 ℃降至280 ℃左右。經調取參數分析，主汽輪機高壓排汽自主汽輪機排出后，溫度為330 ℃，壓力為4.0 MPa，一路經BDV（事故排放閥）排至凝汽器，現場檢查BDV 閥嚴密；經二級抽汽輸送至#2高加，此管路正常；與高旁旁路閥后蒸汽匯合，高壓旁路閥后壓力為4.0 MPa，溫度為224 ℃，匯合后的蒸汽溫度260 ℃，壓力4.0 MPa，排入鍋爐再熱器，此時主汽輪機高壓排汽至給水泵汽輪機汽源溫度受到影響，出現溫度異常下降情況。其汽源的管道布置見圖2。

圖2 管道布置

1.3 減溫水內漏造成主汽輪機高壓排汽汽源溫度下降

主汽輪機高壓排汽自主汽輪機排出后溫度，與至鍋爐再熱器溫度，偏差70 ℃，影響給水泵汽輪機汽源溫度由340 ℃降至280 ℃。經對SIS 系統溫度參數調查，在保證機組穩定條件下進行試驗，關閉高壓旁路閥的減溫水關斷門與調節門后，高壓旁路閥前溫度563，閥門后溫度未發生變化。若溫度升高，則證明高旁閥內漏，高溫蒸汽通過高壓旁路閥內漏至閥后，溫度應緩慢升高，試驗證明，高壓旁路閥嚴密。在高壓旁路閥的減溫水關斷門與調節門關閉狀態下，拆卸閥后遠傳測點活接頭，有減溫水噴出，判斷出，高壓旁路閥嚴密無泄漏，但高壓旁路閥減溫水輕微內漏。由于SIS 系統中減溫水調門開度始終保持全關位，前期未判斷出其存在內漏現象。減溫水來源于高壓給水系統的出口管段，該管段高壓給水系統水溫在185.6 ℃左右，溫度與主汽輪機高壓排汽溫度下降后溫度相符，再次通過由減溫水來源溫度與排汽溫度下降對比確定其存在內漏。減溫水內漏，造成高壓旁路閥后蒸汽內有冷卻水參與，導致溫度下降，最終造成主汽輪機高壓排汽至給水泵汽輪機汽源溫度偏低。汽源運行參數見表2。

表2 汽源運行參數

1.4 汽源溫度變化造成進汽管道金屬性能下降

因機組負荷調整，給水泵汽輪機進汽汽源在主汽輪機四級抽汽與主汽輪機高壓排汽汽源之間頻繁切換，而主汽輪機高壓排汽溫度受到減溫水內漏影響下降，造成給水泵汽輪機進汽溫度在280 ℃至340 ℃之間頻繁變化，影響進汽管道的金屬性能。給水泵汽輪機進汽管道采用規格?219×7 mm 的無縫鋼管，材質為20#鋼，該規格材質管道可承受壓力2.5～4.0 MPa，可承受溫度-20～425 ℃【1】，壓力與溫度符合設計，但金屬材料處于不同溫度環境下，其性能將發生一系列變化。在高溫下，金屬原子間的自由電子獲得了外界能量，活動范圍擴大，粘接力減小，易產生晶格錯位，并且產生氧化現象，許用應力降低，而在溫度下降時，材料的原子自由電子活動能力和粘接力減弱，使金屬呈現脆性，降低沖擊韌性。結合現場開裂的管道發現，管道開裂的初始位置，在管道的焊接部位與溫度測點位置，其位置經過開孔、打磨、焊接后，金屬強度稍弱于管道其他位置，溫度變化對其的影響大于其他位置，產生了薄弱點，在溫度頻繁變化的情況下，發生了氧化脫落、晶格錯位、沖擊韌性降低、管壁減薄現象，造成承受不住管道介質壓力、發生開裂的現象【2】。

2 給水泵汽輪機進汽管道發生開裂的解決對策及實施

通過對該廠給水泵汽輪機進汽管道發生開裂的問題原因進行分析后，得出結論，造成給水泵汽輪機進汽管道發生開裂的主要原因是：高壓旁路減溫水閥門內漏，造成旁路蒸汽溫度下降，影響主汽輪機高壓排氣溫度，加上新能源消納、機組負荷頻繁變動，與給水泵汽輪機性能下降，給水泵汽輪機進汽汽源在四級抽汽與高壓排汽之間頻繁切換，導致管道內介質溫度變化頻繁，影響了管道金屬性能，最終造成管道泄漏。采取如下措施予以解決。

2.1 修復內漏閥門，保證汽源參數穩定

高壓旁路減溫水閥門內漏，間接造成了給水泵汽輪機進汽溫度變化，導致了進汽管道發生泄漏。并且，減溫水閥門內漏，更直接的影響了鍋爐再熱器入口蒸汽的溫度降低，使再熱器需增加煤耗，提高蒸汽溫度。結合年度機組檢修機會，對減溫水閥門進行了解體、研磨、加工等常規檢修工藝進行修復，在閥門嚴密性檢查合格后進行回裝。檢修后試驗，高壓旁路閥后溫度正常，高壓排汽溫度正常，給水泵汽輪機進汽溫度在高壓排汽汽源介入后，穩定在340 ℃。

2.2 恢復給水泵汽輪機性能，保證四級抽汽單一汽源可接帶高負荷

對8 臺給水泵汽輪機進行性能試驗評價，其#1機組與#4 機組的給水泵汽輪機性能下降，僅依靠四級抽汽汽源供汽，無法保證機組高負荷工況。2020年10 月，結合#1 機組檢修，對#1 機組2 臺給水泵汽輪機進行了揭缸檢修、汽封間隙調整、閥門重疊度檢查、給水泵芯包返廠維修等工作，恢復了給水泵組的性能。檢修后試驗評價，#1 機組2 臺給水泵汽輪機可依靠四級抽汽單一汽源供汽，高壓排汽不介入，可保證機組能接帶340 MW 負荷，給水泵汽輪機進汽管道內蒸汽穩定在340 ℃。

2.3 調整運行方式，單臺機組采用汽源隔離方式，使兩臺給水泵汽輪機用單一汽源接帶

該廠#4 機組，近期無機組檢修計劃，給水泵汽輪機性能無法恢復，減溫水閥門內漏無法隔離處理，采用運行操作調整方式解決汽源溫度變化問題：將A 給水泵汽輪機進汽系統中的四級抽汽電動門關閉，開啟門后疏水門判斷電動門嚴密后，開啟高壓排汽至給水泵汽輪機供汽電動門，僅依靠高壓排汽供汽供給A給水泵汽輪機；同時，采用相反的方式，僅依靠四級抽汽供給B小機；使單臺機組的兩臺給水泵汽輪機采用單一供汽汽源運行，保證進汽溫度穩定。此方式僅作為臨時方案，在具備條件后，仍需對給水泵汽輪機性能進行恢復，對內漏閥門進行處理。

3 實施效果

實施后，該廠3 臺機組給水泵汽輪機進汽管道溫度穩定在340 ℃，#4 機組A 給水泵汽輪機進汽溫度穩定在280 ℃，B 給水泵汽輪機進汽溫度穩定在340 ℃，至今再未發生過給水泵汽輪機進汽管道泄漏問題，給水泵汽輪機進汽管道開裂問題得到解決。

4 結束語

根據對該廠給水泵汽輪機進汽管道開裂問題的原因分析與處理，有效地解決了給水泵汽輪機進汽溫度變化對進汽管道的金屬性能的影響?；痣姍C組系統、設備繁多，各種問題的原因諸多，查找分析產生問題得原因是解決問題的根本。通過分析與處理過程中的實踐和總結，針對閥門內漏造成的介質溫度變化，進而影響管道金屬性能的問題，制定了相應的處理方案，對于其他同類型問題，此方案有參考作用。