某300 MW機組主汽閥疏水管道開裂原因分析及處理

陳瑞龍

（福建華電永安發(fā)電有限公司，福建三明 366000）

1 機組信息

某300 MW循環(huán)流化床火電機組汽輪機型號為C300/264-16.7/1.0/537/537，為一次中間再熱、高中壓合缸、兩缸兩排汽、單軸抽汽凝汽式汽輪機。其主蒸汽管道由55.44 m標高的鍋爐過熱器出口集箱分兩路引出，在48.30 m標高處合并為一路，在9.50 m標高處分為兩路分別進入兩組主汽閥，然后再通過4路導汽管引至汽機高壓缸。主蒸汽管道設(shè)計壓力18.41 MPa，設(shè)計溫度545 ℃，管道材料為A335 P91。

2 現(xiàn)場故障情況

現(xiàn)場每組主汽閥上布置有上下兩組疏水管道，然后上下側(cè)疏水管道分別兩兩匯合后分兩組排入疏水擴容器，疏水管道布置（圖1、表1）。

在機組檢修過程中，對兩組主汽閥上的4組疏水管接管座角焊縫進行磁粉檢測，發(fā)現(xiàn)左、右側(cè)主汽閥的下疏水管接管座角焊縫均存在裂紋，裂紋均位于疏水管與接管座連接焊縫的上部（圖2）。

圖1 疏水管道實際布置

表1 疏水管道材料規(guī)格

圖2 現(xiàn)場磁粉檢測裂紋情況

3 故障原因分析

疏水管道由于其結(jié)構(gòu)、布置特性，往往是火電機組中裂紋多發(fā)、易發(fā)區(qū)域，造成疏水管道開裂的原因有焊接質(zhì)量、材料用錯、應(yīng)力超標、熱疲勞、沖刷磨損等[1-5]?，F(xiàn)場核查疏水管道（含接管座）的材料及壁厚情況，材料正常、壁厚也符合強度要求。查閱以往檢修資料，發(fā)現(xiàn)該裂紋處以前也出現(xiàn)過類似故障，當時只是將裂紋進行了挖補修復，重新焊接并熱處理后，焊縫質(zhì)量正常。

考慮到裂紋多次發(fā)生在同一位置的同一方向，從結(jié)構(gòu)應(yīng)力超標的角度進行分析考慮?，F(xiàn)場檢查整個疏水管道的支吊架布置情況，發(fā)現(xiàn)該疏水管道全部使用現(xiàn)場簡易制作的剛性支撐固定（圖3）。這種結(jié)構(gòu)實際上相當于導向支架的功能，只保留了管道軸向一個方向的自由度，固定其余兩個方向的自由度。

圖3 現(xiàn)場剛性支撐安裝示意

由于該疏水管道與主汽閥直接連接，閥前介質(zhì)溫度壓力與主汽溫度壓力一致，運行過程中管道的熱膨脹量也會較大，如在彎頭的兩側(cè)同時加裝這種剛性支撐將嚴重阻礙管道的正常熱膨脹，造成管道二次應(yīng)力超標[6]。

4 管道應(yīng)力計算

為定量分析管道應(yīng)力水平，依照主汽門下疏水管道現(xiàn)場布置形式，采用管道應(yīng)力計算軟件建立應(yīng)力仿真計算模型，以主蒸汽管道設(shè)計參數(shù)（545.0 ℃、18.41 MPa）為管道計算參數(shù)，進行運行狀態(tài)下的管道應(yīng)力仿真計算。計算結(jié)果顯示，疏水管道接管座接口處的二次應(yīng)力普遍嚴重超標，反映上述管道約束方式不合理，造成管道因熱漲變形嚴重受約束而產(chǎn)生較大的二次應(yīng)力，從而導致管道開裂事故頻發(fā)（圖4）。

5 處理方案及結(jié)果

由計算結(jié)果更，加明確了該裂紋故障產(chǎn)生的原因為管道應(yīng)力超標。針對該疏水管道約束方式不合理的情況，建議取消現(xiàn)場剛性支撐方式，改為彈簧吊架。具體處理方案為：①對現(xiàn)有裂紋進行挖補消缺，確保焊口質(zhì)量合格；②取消原有1#剛性支撐，在原1#剛性支撐上側(cè)彎頭前側(cè)的水平管道上加裝一組彈簧吊架，以減小接管座端口的一次應(yīng)力水平；③將原有2#、3#剛性支撐更改為彈簧吊架，已恢復管道的自由膨脹，降低整個管系的二次應(yīng)力水平。

圖4 管道計算模型

表2 管道應(yīng)力計算結(jié)果匯總

對調(diào)整后的疏水管道模型進行應(yīng)力校核與彈簧吊架選型計算，計算結(jié)果顯示調(diào)整后管道的應(yīng)力水平顯著降低，滿足管道安全運行的要求。最大一、二次應(yīng)力計算結(jié)果見表3。

在機組檢修期間，采用計算所得的彈簧吊架型號規(guī)格對該疏水管道支吊架進行了更換安裝，在機組重啟穩(wěn)定后的檢查顯示，各彈簧吊架熱位移與計算值相符，管道熱膨脹正常。

表3 最大一、二次應(yīng)力計算結(jié)果

6 結(jié)束語

本文針對主汽閥疏水管道接管座開裂故障，由現(xiàn)場檢查及應(yīng)力核算確認了故障原因，并通過更換彈簧吊架的方式有效降低了管道熱脹應(yīng)力水平，從根源上消除了故障原因，有力地保障了機組的安全穩(wěn)定運行。

高溫蒸汽疏水管道均與主管道直接相連，尤其是疏水閥前管段內(nèi)的介質(zhì)與主管道直接相通，承受著與主管道相同的溫度壓力載荷，由于對小管道的重視程度不足，造成疏水管道故障頻發(fā)。應(yīng)提高對疏水管道管理的重視程度，管道布置及支吊架型號應(yīng)經(jīng)過計算確定，杜絕現(xiàn)場擇機隨意布置。