汽輪機(jī)高溫高壓緊固件異常分析及處理

馬 亮，曾德龍

(華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462000)

0 引言

根據(jù)某發(fā)電集團(tuán)公司下發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)汽輪機(jī)汽水系統(tǒng)1Cr5Mo螺母隱患治理和風(fēng)險(xiǎn)防范工作的通知》，某基層電廠結(jié)合實(shí)際情況制定了汽輪機(jī)高溫高壓緊固件隱患專項(xiàng)排查的工作方案，重點(diǎn)對(duì)主汽門、高調(diào)門、中主門、中調(diào)門、高導(dǎo)管等部位緊固件的材質(zhì)、尺寸、硬度及緊固件的金屬內(nèi)部情況進(jìn)行全面排查，對(duì)排查出的典型問題進(jìn)行分析，并提出了相關(guān)防范措施。

1 存在問題

某電廠1，2號(hào)機(jī)組均采用上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的C330-16.7/0.379/537/537型(155)汽輪機(jī)，每臺(tái)機(jī)組配備2臺(tái)高壓主汽門、6臺(tái)高壓調(diào)門、2臺(tái)高壓主汽門、2臺(tái)高壓調(diào)門和6根高壓導(dǎo)汽管。1, 2號(hào)機(jī)組分別于2009年和2010年投產(chǎn)發(fā)電，1號(hào)汽輪機(jī)經(jīng)歷了2次大修，2號(hào)汽輪機(jī)經(jīng)歷了2次大修和1次小修。

1.1 1號(hào)機(jī)組存在的問題

(1) 主汽門有4根螺栓斷裂，其中TV1主汽門2號(hào)和15號(hào)螺栓斷裂，TV2主汽門1號(hào)和5號(hào)螺栓斷裂。

(2) 高壓導(dǎo)汽管螺栓有8根松動(dòng)，復(fù)檢發(fā)現(xiàn)高導(dǎo)管螺栓的硬度均為250～260 HB，全部低于其硬度標(biāo)準(zhǔn)277～331 HB。

(3) 高調(diào)門螺栓共計(jì)60根，其中斷裂4根，位于GV2，GV4和GV6高導(dǎo)管上，另外抽檢4條螺栓硬度均為230～240 HB，全部低于其硬度標(biāo)準(zhǔn)252～302 HB。

1.2 2號(hào)機(jī)組存在的問題

(1) TV1主汽門有2根螺栓斷裂。

(2) 對(duì)主汽門和高導(dǎo)管上拆下來的螺栓進(jìn)行超聲檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)TV1主汽門有一根螺栓內(nèi)部斷裂。

(3) GV1，GV5和GV6高導(dǎo)管螺栓共有3根斷裂，其中GV1高導(dǎo)管2根螺栓斷裂，GV5高導(dǎo)管有1根螺栓斷裂，以及1根螺栓硬度超標(biāo)，超標(biāo)的螺栓硬度為253 HB，低于標(biāo)準(zhǔn)277～331 HB。

(4) 對(duì)高調(diào)門、中調(diào)門、中主門等部位的緊固件進(jìn)行松緊檢查，發(fā)現(xiàn)中調(diào)門存在1根螺栓斷裂。

2 原因分析

2.1 螺紋根部較高應(yīng)力導(dǎo)致螺栓疲勞斷裂

由某電科院對(duì)斷裂螺栓進(jìn)行了外觀、拉伸性能、布氏硬度、沖擊試驗(yàn)、金相組織等檢測(cè)。根據(jù)電科院對(duì)斷裂螺栓的金屬檢測(cè)分析報(bào)告，主汽門螺栓和高導(dǎo)管螺栓斷裂原因是螺紋根部存在較高應(yīng)力集中現(xiàn)象，誘發(fā)疲勞裂紋萌生并在運(yùn)行過程中不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致疲勞斷裂失效。

2.2 預(yù)緊力和循環(huán)拉伸負(fù)荷造成局部高應(yīng)力

螺栓根部產(chǎn)生較高應(yīng)力的原因是在運(yùn)行過程中長(zhǎng)期受到預(yù)緊力和循環(huán)拉伸負(fù)荷的共同作用而產(chǎn)生。從投產(chǎn)至2021年，1號(hào)機(jī)組共啟停67次、2號(hào)機(jī)共啟停63次，汽輪機(jī)在每次啟?；蛘哓?fù)荷變化時(shí)都會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的緊固件產(chǎn)生循環(huán)拉伸力。

2.3 螺栓緊固工藝不滿足要求

根據(jù)說明書要求，主汽門、高導(dǎo)管等部位螺栓安裝時(shí)，應(yīng)使用力矩扳手冷緊到位(主汽門螺栓力矩達(dá)到680 N·m，高導(dǎo)管螺栓力矩達(dá)到690 N·m)，再進(jìn)行熱緊(主汽門螺栓熱緊角度94.5°，高導(dǎo)管螺栓熱緊角度120°±10°)；高調(diào)門、中主門和中調(diào)門的螺栓只需冷緊即可。實(shí)際上，在每次檢修時(shí)，緊固螺栓均采用了大錘敲擊進(jìn)行冷緊，無法保證所有螺栓受力均勻，導(dǎo)致部分螺栓存在冷緊力過大的情況，加上機(jī)組打閘時(shí)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的沖擊力大，故容易加劇螺栓金屬疲勞失效情況。

3 防范與解決措施

3.1 加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督管理

應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行火力發(fā)電企業(yè)金屬技術(shù)監(jiān)督實(shí)施細(xì)則關(guān)于“對(duì)于大于或等于M32的高溫螺栓，每次A級(jí)檢修應(yīng)拆卸進(jìn)行100 %的超聲波探傷檢驗(yàn)”的規(guī)定，加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督管理，做到應(yīng)檢必檢。

3.2 嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝流程

應(yīng)修訂汽輪機(jī)配汽機(jī)構(gòu)檢修文件包內(nèi)容，完善汽輪機(jī)緊固件的檢修工藝流程，在檢修過程中對(duì)主汽門、高導(dǎo)管等部位的螺栓進(jìn)行緊固時(shí)，嚴(yán)格按照要求使用力矩扳手冷緊到位，再采用加熱棒對(duì)螺栓進(jìn)行加熱，并在加熱過程隨時(shí)測(cè)量螺栓溫度以防超溫，直到能用手將螺母轉(zhuǎn)動(dòng)至要求的角度。嚴(yán)禁采用大錘敲擊等方式進(jìn)行緊固。

3.3 制定后續(xù)整改排查計(jì)劃

因檢查汽輪機(jī)缸體上的緊固件需要等到第一級(jí)金屬溫度降至150 ℃以下才能拆除保溫檢查，所需檢修時(shí)間較長(zhǎng)，小修期間無法滿足。計(jì)劃結(jié)合大修檢查1，2號(hào)機(jī)缸體緊固件，重點(diǎn)檢查緊固件的硬度、材質(zhì)及超聲金屬檢測(cè)。在大修前制定計(jì)劃，利用機(jī)組臨停分批次對(duì)配汽機(jī)構(gòu)螺栓緊固件開展硬度、材質(zhì)及超聲檢測(cè)，并對(duì)不合格的螺栓進(jìn)行更換。

4 結(jié)束語

汽輪機(jī)高溫高壓緊固件長(zhǎng)期運(yùn)行后會(huì)逐漸老化，一旦出現(xiàn)螺栓斷裂、螺母滑脫等問題，造成蒸汽泄漏，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。因此，應(yīng)高度重視高溫高壓緊固件的管理與隱患排查，從螺母升級(jí)改造、定期檢驗(yàn)、檢修維護(hù)、風(fēng)險(xiǎn)隱患分級(jí)等方面加強(qiáng)管理，確保機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。