9FB級900MW聯合循環汽輪機高壓調節汽門濾網損壞原因分析

李祥苓

摘? 要： 某熱電公司9FB級二拖一900MW燃氣蒸汽聯合循環機組在調試階段發生了高壓主汽取樣管斷裂脫落進入高壓調節汽門濾網前的情況，對濾網造成損壞，針對事故原因，采取了更換取樣管及在焊接中加大焊接過渡圓弧的措施，確保了機組安全。

關鍵詞：900MW 燃氣蒸汽聯合循環 取樣管 濾網

前言

某熱電公司9FB級二拖一900MW燃氣蒸汽聯合循環機組是國內最大單機容量燃氣機組之一。三大主機分別為哈爾濱汽輪機公司自主研發的首臺三壓、再熱、雙缸LNCB320/155-13.02/0.5/565/565型汽輪機、美國GE公司進口的GE9371FB.03型重型燃機、上海鍋爐廠設計生產的9F級聯合循環三壓系統余熱SG-329.7（47.0）（27.4）/13.31（2.98）（0.52）-Q8103型鍋爐。該機組在采暖季發電能力約804.15 MW，供熱能力約650.6MW，效率約87.87％；非采暖季發電能力約900MW，效率約59.01％。汽輪發電機組通過在高中壓轉子與低壓轉子之間設計SSS離合器，高中壓缸與低壓缸間通過SSS離合器可以實現解列或并列，能實現純凝、抽凝、背壓三種運行模式，具備極限供熱能力。

1．事故簡況

2019年1月20日1時50分，某熱電公司9FB級二拖一900MW機組聯調階段，汽機發電機負荷145MW、主汽溫度563℃、主汽壓力6.75Mpa、主汽流量約326t/h工況下，汽輪機高壓調節汽門突發不規律的、清脆的金屬碰撞聲音；20日14時，#2燃機退出解汽后，機組進入一拖一運行模式，汽機發電機負荷60MW、主汽溫度522℃、主汽壓力4.27MPa、主汽流量169t/h，汽輪機高壓調節汽門異音消失，研究分析為異物脫落對濾網造成撞擊，需停機對閥門解體檢查處理，1月29日通過傳真與哈汽公司確認在缸溫193度及以下可以解體調門，閥門于1月30日解體，經檢查，發現2根長約142mm、直徑約27mm金屬異物（如圖1），#1高壓調節汽門濾網被撞擊破損（如圖2）需返廠處理。

2．原因分析

高壓調節汽門濾網前異物取出后經光譜分析為1Cr18Ni9材質，確認為鍋爐側高壓主汽蒸汽取樣管脫落隨蒸汽進入#1高壓調節汽門濾網前，在高壓蒸汽作用下對濾網產生撞擊，造成濾網損傷。

2．1取樣管設計存在應力集中

上海鍋爐廠設計制造的SG-329.7（47.0）（27.4）/13.31（2.98）（0.62）-Q8103型鍋爐高壓主汽取樣管非通徑設計，而是變徑設計（見圖3），插入主蒸汽管道部分與管道外的部分在直徑上存在差異，在焊接中不僅會造成熱傳導上的細微偏差，在受外力作用時，也會使取樣管受力集中在取樣管制造變徑位置，而斷裂脫落的取樣管的斷口恰恰發生在變徑處。

2．2取樣管安裝焊接存在薄弱部位

對斷裂脫落的取樣管殘存在外壁的部分進行取樣分析，其焊接金屬存在輕微氣孔和細小裂紋，而未發生斷裂的取樣管焊接部位在使用角磨機取下后未發現氣孔和裂紋，說明焊接工藝和熱處理工藝存在薄弱因素。

2．3取樣管在機組吹管過程中受蒸汽中的異物沖擊

某熱電公司2臺余熱鍋爐取樣管無論在外形設計還是在安裝焊接過程中都是執行的相同數據，對比插入主蒸汽管道內的部分，斷裂脫落的#1余熱鍋爐主蒸汽取樣管（見圖1）表面密布被沖擊的顆粒狀疤痕、坑點，而未發生斷裂脫落的#2余熱鍋爐主蒸汽取樣管表面光潔無疤痕、坑點（見圖4）。說明#1余熱鍋爐主蒸汽取樣管在吹管或者余熱鍋爐運行初期，蒸汽中夾帶了大量的顆粒狀硬物，在高速氣流的夾帶下沖擊取樣管表面，造成被沖擊的取樣管部分產生順氣流方向的彎曲應力，使取樣管與主蒸汽管道聯接的焊接部位產生一個大的切向力，當焊接部位無法抵御取樣管被沖擊的切向力時產生裂紋，發生斷裂。發生不同程度彎曲、斷裂脫落的取樣管足以證明其在主汽管道內受到了高于潔凈蒸汽沖刷的力，未斷裂脫落的取樣管不僅表面無明顯疤痕，且垂直無彎曲，說明無夾帶異物的潔凈主蒸汽對取樣管無法形成破壞，主蒸汽夾帶的異物沖擊是取樣管產生斷裂脫落的外在因素。

3．采取措施

某熱電公司對受損的汽輪機高壓主汽門濾網進行返廠更換，濾網鉚釘錨固焊接后進行熱處理。對#1余熱鍋爐斷裂脫落的取樣管進行切割拆除，更換新的取樣管，并加強焊接，增大堆焊面積及過渡圓弧，對#2余熱鍋爐未發生斷裂的取樣管按事故處理，重新更換，以確保機組安全。為避免應力集中，提高取樣管的可靠性，建議鍋爐制造公司今后設計蒸汽取樣管改變徑為同徑。

4. 結束語

某熱電公司對發生事故的余熱鍋爐取樣管及未發生事故的余熱鍋爐取樣管重新更換，在更換時增加焊接面積及過渡圓弧，機組啟動順利度過168，未再次發生類似事故。