某核電汽輪機高壓缸中分面劃痕分析與處理

許 準，余 浩，柴 廣

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222042）

1 問題概述

在某核電汽輪機安裝過程中，檢查發(fā)現(xiàn)在該汽輪機高壓缸下缸水平中分面84#螺栓孔位置處有一條從高壓缸內(nèi)側(cè)延伸至高壓缸水平中分面的貫穿性劃痕，該劃痕長度約為60 mm、寬度約為5 mm、深度約為0.04 mm（圖1、圖2）。

某核電汽輪機高壓閥組前主蒸汽壓力為5.88 MPa，溫度為274.3 ℃，該高壓缸整體處于濕蒸汽運行工況中，故該汽輪機中的所有部件均受到濕蒸汽的侵蝕。對于高壓缸水平中分面，濕蒸汽的侵蝕主要包括沖蝕和間隙蝕，一旦水平中分面存在漏汽通道，漏汽通道的面積和漏汽量將在高速汽流的沖刷下逐漸增大，不斷沖蝕高壓缸本體及緊固螺栓，同時通過溝槽及螺栓孔外泄，這嚴重威脅機組運行人員的安全，甚至影響核電站的安全高效穩(wěn)定運行。

2 原因分析

2.1 設(shè)備制造

當高壓缸下缸水平中分面在加工過程中存在加工失誤時，將有可能在高壓缸下缸水平中分面產(chǎn)生貫穿性劃痕。查閱該高壓缸的出廠檢驗記錄，未發(fā)現(xiàn)關(guān)于高壓缸下缸水平中分面發(fā)現(xiàn)貫穿性劃痕的記錄，因此可排除在加工過程中存在加工失誤，導致其84#螺栓孔位置產(chǎn)生貫穿性劃痕的可能性。

2.2 設(shè)備運輸

為了設(shè)備安全，在高壓缸下缸由設(shè)備制造廠運輸至核電站現(xiàn)場的過程中，通常選用倒扣運輸?shù)姆绞?。如在此過程中高壓缸固定措施不牢固、水平中分面保護措施不當，將有可能在高壓缸下缸水平中分面產(chǎn)生貫穿性劃痕。查閱該高壓缸的入廠檢驗記錄，亦未發(fā)現(xiàn)關(guān)于高壓缸下缸水平中分面發(fā)現(xiàn)貫穿性劃痕的記錄，因此可排除在設(shè)備運輸過程中存在高壓缸固定措施不牢固、水平中分面保護措施不當導致高壓缸下缸水平中分面84#螺栓孔位置產(chǎn)生貫穿性劃痕的可能性。

圖1 劃痕位置示意

圖2 中分面劃痕

2.3 成品保護

在汽輪機安裝過程中，因安裝需要，安裝人員不可避免地需要在高壓缸水平中分面上進行踩踏作業(yè)，如作業(yè)過程中未通過鋪設(shè)膠皮等成品保護措施對汽缸水平中分面進行保護，將有可能在高壓缸下缸水平中分面產(chǎn)生貫穿性劃痕。查閱設(shè)備資料和圖紙，核實發(fā)現(xiàn)該高壓缸材料為合金鑄鋼，材料硬度高、耐磨性好，一般情況下人體重無法在高壓缸下缸水平中分面上產(chǎn)生明顯劃痕。且查閱施工文件確認在施工過程中已通過鋪設(shè)膠皮對高壓缸下缸水平中分面進行保護，可排除成品保護不當導致高壓缸下缸水平中分面84#螺栓孔位置產(chǎn)生貫穿性劃痕的可能性。

2.4 設(shè)備安裝

2.4.1 現(xiàn)場翻缸

待高壓缸下缸到達核電站現(xiàn)場后需在正式安裝前對高壓缸下缸進行翻缸工作（圖3），主要過程如下：將鋼絲繩分別掛在行車的主鉤與副鉤上，將主鉤鋼絲繩繩套從A 端繞過高壓缸下缸水平中分面固定在B 端的2 個吊耳上，將副鉤鋼絲繩從主鉤鋼絲繩內(nèi)側(cè)固定在B 端的2 個吊耳上；主鉤與副鉤同時提升，當高壓缸下缸吊離地面至一定高度時，主鉤繼續(xù)提升，副鉤停止提升并配合主鉤作間斷下降，高壓缸下缸A 端隨主鉤上升而向上移動，B 端保持一定高度，當高壓缸水平中分面于廠房地面垂直時，即汽缸翻轉(zhuǎn)90°；主鉤停止提升，副鉤開始連續(xù)下降，此時主鉤作間斷上升，保持高壓缸最低點不接觸地面，高壓缸下缸下表面依靠在副鉤鋼絲繩上，隨著副鉤下降，汽缸A 端將繞B 端順時針方向旋轉(zhuǎn)，當高壓缸水平中分面與廠房地面平行時，即汽缸翻轉(zhuǎn)180°，此時主鉤與副鉤同時停止上升或下降。

圖3 高壓缸下缸翻轉(zhuǎn)示意

分析鋼絲繩系結(jié)方式和翻缸過程，發(fā)現(xiàn)翻缸過程中鋼絲繩與高壓缸下缸水平中分面存在接觸現(xiàn)象。鋼絲繩硬度高，缸體自重很大，因此鋼絲繩和缸體之間的相互作用力很大。通常接觸部位必須加墊膠皮或木板以保護高壓缸下缸水平中分面，如保護措施不當將產(chǎn)生錯位現(xiàn)象，進而導致鋼絲繩與高壓缸下缸水平中分面碰磨，損壞高壓缸下缸水平中分面；情況嚴重時甚至會導致鋼絲繩斷裂，造成吊裝事故。

結(jié)合中分面溝槽的外觀及位置，分析認為翻缸過程中因保護措施不當，導致高壓缸下缸水平中分面84#螺栓孔位置產(chǎn)生貫穿性劃痕的可能性較大。

2.4.2 管道預置

該汽輪機在高壓缸中部的上半和下半各布置有2 個進汽口，在調(diào)端、電端下半各布置有2 個排汽口。在安裝過程中，高壓缸下部排汽管道需預先固定在安裝位置，待汽輪發(fā)電機軸系找中后再進行焊接。

訪談施工人員，在排汽管道預置中，施工人員使用鋼絲繩套在高壓缸下缸的吊耳上，并穿過高壓缸下缸排汽孔作為臨時吊點來調(diào)整排汽管道的接口位置，如未在鋼絲繩與高壓缸下缸水平中分面接觸位置加墊膠皮或木板以保護高壓缸下缸水平中分面，將可能造成高壓缸下缸水平中分面產(chǎn)生貫穿性劃痕。

分析排汽管道預置過程，預置排汽管道過程保護措施不當，可能造成高壓缸下缸水平中分面84#螺栓孔位置產(chǎn)生貫穿性劃痕。

3 處理方式

針對汽缸水平中分面劃痕問題，一般有加裝密封帶、加裝齒形墊、堆焊、涂渡、研刮等5 種處理方法，根據(jù)劃痕位置和寬度、深度不同，應(yīng)采用不同處理方式。鑒于該劃痕位于高壓缸末級葉片出口處的水平中分面處，劃痕長度較短、寬度較窄、深度較淺，且位置集中僅有一條劃痕，故選用研刮的修復方法，主要步驟如下：①對前后軸承室和汽缸的疏水、抽氣孔進行封閉，防止鐵屑、沙粒等異物落入；②將水平中分面上的氧化層用舊砂輪片打磨掉，同時將水平中分面清理干凈，并對劃痕位置進行標記；③用平直尺或大平板檢查上缸水平中分面的的平面度，如不平，則執(zhí)行前文中的翻缸過程，首先將上缸翻轉(zhuǎn)，用道木墊平、墊穩(wěn)，然后用平直尺或大平板檢查和研刮，直至水平中分面間隙＜0.05 mm，最后翻轉(zhuǎn)高壓缸上缸至工作位置，作為研刮下缸劃痕的基準；④使用“00”砂紙對劃痕處進行打磨，使用細油石加汽輪機油對劃痕處進行研磨，直至水平中分面法蘭表面粗糙度達到設(shè)計文件或設(shè)備運行和維修手冊要求，注意打磨和研磨工具只能沿著水平中分面縱向移動，不能橫向移動，以免在水平中分面上再次形成內(nèi)外貫穿的劃痕；⑤在下缸中分面上涂擦油墨或紅丹粉，用鏈條葫蘆或千斤頂施力，使上缸在下缸上沿軸線方向移動約20 mm，往復2～3次，撤去上缸，檢查水平中分面接觸情況，如接觸面積＜80%，則需重復執(zhí)行步驟⑤，直至接觸面積≥80%。

研磨完成后，在水平中分面法蘭螺栓緊固過程中，應(yīng)關(guān)注如下2 點：①緊固研刮部位螺栓時，需要適當加大該位置螺栓的預緊力；②螺栓緊固按照從中間向兩邊同時緊固的順序進行，即從垂弧最大處或是受力變形最大處開始緊固螺栓，直至中分面外緣最大間隙滿足設(shè)計文件或設(shè)備運行和維修手冊要求。

4 結(jié)果驗證

截至2019年12月，該汽輪機已成功通過該核電廠168 h滿負荷運行試驗并已連續(xù)運行12 個月，在此期間該汽輪機未發(fā)生過漏氣、功率下降等異?，F(xiàn)象，在首次大修期間，在劃痕位置亦未發(fā)現(xiàn)沖蝕、間隙蝕等異?，F(xiàn)象。

5 總結(jié)

在汽輪機安裝或檢修過程中，應(yīng)重點關(guān)注以下4 點：①加強培訓，提高施工人員的設(shè)備安全意識，以消除人為因素損壞設(shè)備的可能性；②制定合理的作業(yè)方案，盡量避免可能導致水平中分面損傷的作業(yè)方式；③采用鋪設(shè)膠皮、拉警示帶隔離等措施對汽缸水平中分面進行保護；④在進行翻缸等重大作業(yè)過程中應(yīng)注意采取加膠皮等有效方式，對鋼絲繩與水平中分面可能碰磨的位置進行保護。