600MWe機(jī)組汽輪機(jī)三段抽汽管道強(qiáng)度計(jì)算淺析

謝旭陽(yáng)

安徽華電宿州發(fā)電有限公司 安徽 宿州 234101

0 概述

某電廠一期工程安裝兩臺(tái)600MW超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)生產(chǎn)的美國(guó)西屋公司技術(shù)汽輪機(jī)，型號(hào)為N600-24.2/566/566。汽輪機(jī)型式為超臨界、單軸、三缸、四排汽、中間再熱、凝汽式，原始設(shè)計(jì)額定功率為600MW，最大連續(xù)處理為648MW，兩臺(tái)機(jī)組分別于2007年9月、11月投產(chǎn)發(fā)電，2010年機(jī)組擴(kuò)容至630MW。高壓加熱器為東方鍋爐集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為JG-1700-3，為臥式布置，全焊接、U形管管板式結(jié)構(gòu)。

1 630MW工況汽輪機(jī)抽汽參數(shù)

某電廠#1、#2機(jī)組采用上海汽輪機(jī)廠成熟可靠機(jī)型，該機(jī)型帶負(fù)荷能力強(qiáng)。機(jī)組通流能力、強(qiáng)度設(shè)計(jì)均能滿(mǎn)足630MW機(jī)組連續(xù)運(yùn)行要求，機(jī)組擴(kuò)容后運(yùn)行參數(shù)如下：

由下表可以看出，#1機(jī)組剛進(jìn)行完機(jī)組大修工作，抽汽參數(shù)正常。#2機(jī)組高壓抽汽參數(shù)均存在不同程度的超標(biāo)，尤其是#3高壓加熱器，抽汽溫度達(dá)到505.7℃，嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)值要求。通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，判斷中壓缸進(jìn)汽活塞環(huán)泄漏。#2機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，#3高加投入時(shí)，三抽瞬間溫度達(dá)到540℃，活塞環(huán)失效造成中壓蒸汽泄漏至三抽蒸汽腔室，造成三抽溫度三次爬升。

圖1 三抽壓力變化曲線(xiàn)

#2機(jī)組#3抽汽溫度爬升至520℃以來(lái)，#3高壓加熱器正常疏水調(diào)門(mén)堵塞，經(jīng)判斷為流動(dòng)加速腐蝕后對(duì)閥籠輕微堵塞。同時(shí)#3高加至除氧器正常疏水管道頂峰負(fù)荷下振動(dòng)明顯，高加疏水溫度基本上是三抽對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度，本體連續(xù)排汽管道和除氧器相連通，三抽蒸汽在#3高加疏冷段凝結(jié)成水，#3高加本體汽側(cè)壓力低于三抽壓力。機(jī)組高負(fù)荷時(shí)#3高加正常疏水管道汽水兩相比較嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)支吊架維護(hù)不合理，#3高加正常疏水管道振動(dòng)加劇?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)提高高加水位和治理支吊架手段，保證三抽管道振動(dòng)恢復(fù)正常值。

表1 630MW機(jī)組高壓抽汽參數(shù)情況

表2 汽輪機(jī)抽汽管道情況

圖2 三抽溫度爬升曲線(xiàn)

2 抽汽管道焊口材質(zhì)及規(guī)格

汽輪機(jī)抽汽管道臺(tái)賬如表2：

由上表可以看出，#1機(jī)組高壓抽汽參數(shù)正常。#2機(jī)組高壓抽汽參數(shù)在630MW工況下，一段、二段、四段抽汽均不超出設(shè)計(jì)值要求，#2機(jī)組#3抽汽管道溫度超出設(shè)計(jì)值要求。

3 抽汽管道強(qiáng)度計(jì)算淺析

由參數(shù)可知，620MW工況下#2機(jī)組三抽溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值，三抽參數(shù)是否對(duì)管道及元件造成影響，需要進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。管道強(qiáng)度計(jì)算的目的是使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有足夠的強(qiáng)度，以保證產(chǎn)品在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)的安全性和可靠性。管道強(qiáng)度計(jì)算有兩個(gè)方面內(nèi)容：元件強(qiáng)度和系統(tǒng)強(qiáng)度。爐筒、集箱和管子等元件承受工質(zhì)壓力和附加載荷的作用力，這些元件稱(chēng)為受壓元件。受壓元件的強(qiáng)度是指該元件在上述載荷的作用下，額定的工作壽命期限內(nèi)不失效的能力。

4 #3高壓加熱器管束強(qiáng)度淺析

三段抽汽超溫的主要影響如下：直接影響設(shè)備筒體的強(qiáng)度，危害設(shè)備的安全運(yùn)行，有引起高加筒體破壞的風(fēng)險(xiǎn)；影響高加的熱平衡，帶來(lái)其溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的改變，引起高加的換熱性能改變，要以實(shí)際的運(yùn)行工況重新評(píng)估高加的性能；瞬間超壓、超溫會(huì)對(duì)高加產(chǎn)生額外的熱沖擊，增大溫差應(yīng)力水平，易引起結(jié)構(gòu)上的破壞。需要額外關(guān)注高加筒節(jié)和管板之間是否存在裂紋，尤其是在中部；會(huì)對(duì)高加的壽命造成一定影響。

高壓加熱器的強(qiáng)度計(jì)算，根據(jù)熱力計(jì)算確定傳熱面積、U形管的數(shù)量及長(zhǎng)度、并確定蒸汽冷卻段、凝結(jié)段及疏水冷卻段各段傳熱面積、管束隔板（折流板）布置位置及外形尺寸。根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算和材料性能確定水室封頭、筒節(jié)壁厚，殼側(cè)筒節(jié)、筒身、封頭壁厚及管板厚度、U形管、接管等壁厚與規(guī)格。因換熱管內(nèi)有相對(duì)溫度較低的給水存在，換熱管的管壁實(shí)際是低溫的，其強(qiáng)度是滿(mǎn)足要求的。筒節(jié)的強(qiáng)度方面，根據(jù)提供的初步參數(shù)，三號(hào)高加超溫嚴(yán)重，筒節(jié)（15CrMoR）材料的許用應(yīng)力下降非常顯著，若其壓力在同一時(shí)刻超限的話(huà)，設(shè)備本身來(lái)講是不安全的，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整改?？紤]到目前未發(fā)現(xiàn)其同時(shí)超限，需加強(qiáng)觀測(cè)，確定其實(shí)際超溫和超壓情況的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

5 高壓加熱器渦流檢測(cè)及預(yù)防性堵管

#2機(jī)組#3高壓加熱器共泄漏六次，其中運(yùn)行期間隔離檢漏三次，共堵管61根（上下水室共122個(gè)堵頭，其中不包括本次的24根）。以本次管束泄漏為例，本次泄漏區(qū)域獨(dú)立（與原泄漏區(qū)域間隔四排管束），經(jīng)壓縮空氣檢漏共7根管子泄漏。管束泄漏均為水室頂部管束，且高加汽側(cè)充入壓縮空氣時(shí)上水室漏氣較多，初步分析為蒸汽入口防護(hù)板對(duì)管束保護(hù)不夠。因此，對(duì)水室上兩排管束進(jìn)行預(yù)防性堵管，以避免運(yùn)期間解列高加，堵管31+32+33+96根。

圖3 #3高壓加熱器堵管示意圖

高壓加熱器治理后續(xù)措施：參考GB/T 7735-87《鋼管渦流探傷方法》，利用小修對(duì)鋼管進(jìn)行渦流探傷，缺陷深度超過(guò)50%壁厚的進(jìn)行堵管，機(jī)組小修割斷蒸汽入口管道，對(duì)蒸汽防護(hù)板進(jìn)行檢查，#3高加管束受高溫腐蝕嚴(yán)重，考量高加蒸汽管束增加噴水減溫改造的可行性與經(jīng)濟(jì)性。

6 總結(jié)

600MW汽輪機(jī)三抽溫度超溫至520℃，溫度曲線(xiàn)爬升三次，原因活塞環(huán)失效造成中壓蒸汽泄漏至三抽蒸汽腔室。通過(guò)對(duì)三抽管道元件和高壓加熱器管道強(qiáng)度的分析和計(jì)算，得出三抽管道及元件設(shè)計(jì)余量足夠，不會(huì)造成爐外管泄漏。同時(shí)，對(duì)#3高壓加熱器采取預(yù)防性堵管等一系列臨時(shí)手段，保證里管道及設(shè)備安全，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］GB/T 9222-2008水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.