汽輪機(jī)連通管漏真空的原因分析和處理

摘要：某汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行中真空嚴(yán)密性試驗不合格，經(jīng)真空系統(tǒng)全范圍查找漏點后，確定為中低壓連通管低壓缸側(cè)密封隔板罩處泄漏。在機(jī)組檢修前進(jìn)行預(yù)分析，結(jié)合廠家圖紙、漏真空現(xiàn)象、安裝經(jīng)驗，預(yù)估漏真空的具體部位和原因，通過機(jī)組檢修機(jī)會進(jìn)行處理和驗證，明確造成漏真空的部位為密封隔板罩部件焊縫裂紋，并分析造成裂紋的根本原因。采取調(diào)整密封隔板罩安裝冷緊值，焊縫全周重新焊接等措施后，該缺陷得到徹底處理。

關(guān)鍵詞：連通管；漏真空；密封隔板；焊縫開裂；交變應(yīng)力

中圖分類號：TM621" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" 文章編號：1671-0797（2023）07-0079-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.07.020

0" " 引言

某電力企業(yè)共有四臺300 MW亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，一期兩臺機(jī)組（#1、#2機(jī)）分別于1996年和1997年投產(chǎn)，汽輪機(jī)為上海電氣集團(tuán)股份有限公司的產(chǎn)品。其中#2機(jī)組原為上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)美國西屋技術(shù)設(shè)計制造生產(chǎn)，2010年采用西門子技術(shù)進(jìn)行改造，主要改造高、中壓缸內(nèi)部部件和轉(zhuǎn)子，同時對中低壓連通管進(jìn)行改型升級，由單組膨脹節(jié)型改為雙組膨脹節(jié)型。

2010年改造后，#2機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗真空下降均保持在140～160 Pa/min，處于較好水平。2017年機(jī)組再次進(jìn)行改造，采用上海汽輪機(jī)廠引用的YAMO型技術(shù)，更換低壓內(nèi)缸和低壓轉(zhuǎn)子，保留低壓外缸，連通管保留2010年通流改造的部件。經(jīng)過長期運(yùn)行，#2機(jī)組2020年開始多次真空嚴(yán)密性試驗不合格，真空下降速率維持在280～310 Pa/min。經(jīng)過多次真空系統(tǒng)查漏工作，確定中低壓連通管低壓缸側(cè)有明顯漏點，利用2022年10月機(jī)組檢修機(jī)會，吊開連通管及密封隔板裝置，按照檢修前的預(yù)分析，重點檢查密封隔板裝置，發(fā)現(xiàn)密封隔板裝置的其中一道焊縫產(chǎn)生裂紋，按照廠家圖紙要求調(diào)整隔板裝置與低壓內(nèi)、外缸的安裝尺寸，重新焊接，機(jī)組運(yùn)行后真空嚴(yán)密性試驗合格，該缺陷徹底解決。

1" " 連通管結(jié)構(gòu)

經(jīng)過中壓各級做功以后，再熱蒸汽通過中壓缸向上排汽口，經(jīng)中低壓連通管流入低壓缸。中低壓連通管的作用是將蒸汽從中壓缸排汽口在最小的壓損之下引入低壓缸，通過內(nèi)部導(dǎo)流葉片環(huán)使氣流平穩(wěn)地改變方向[1]。連通管上有兩個波紋管元件，以拉桿連為一組，構(gòu)成壓力平衡膨脹節(jié)（struction diffusion）。軸向熱膨脹應(yīng)力由波紋管膨脹節(jié)吸收，拉桿承受蒸汽壓力。安裝時應(yīng)對壓力平衡膨脹節(jié)進(jìn)行冷拉，減小運(yùn)行中連通管的應(yīng)力和連通管對汽缸的作用力。連通管與低壓缸連接處設(shè)有密封隔斷裝置，通過法蘭分別連接低壓內(nèi)缸和低壓外缸，保證低壓內(nèi)缸與外缸不會竄汽。安裝過程中，連通管法蘭與夾緊環(huán)螺栓緊固時，密封隔板罩沿低壓內(nèi)缸進(jìn)汽中心線方向“冷緊”，可以減少機(jī)組運(yùn)行時低壓內(nèi)缸進(jìn)汽中心線方向因溫度升高產(chǎn)生的熱膨脹作用在密封隔板罩上的應(yīng)力。

2" " 連通管漏真空的確認(rèn)

2020年開始，機(jī)組多次進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗，后5 min真空下降速率為280～310 Pa/min。經(jīng)調(diào)整相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行方式，確認(rèn)真空系統(tǒng)存在泄漏點，對機(jī)組相關(guān)真空系統(tǒng)進(jìn)行查漏，未發(fā)現(xiàn)明顯泄漏點，后利用氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行系統(tǒng)查漏，連通管低壓缸側(cè)法蘭部位檢測到較明顯的異常，利用高流淌耐高溫膠對低壓缸側(cè)法蘭和密封隔板進(jìn)行堵漏處理，真空嚴(yán)密性試驗有明顯改善，但運(yùn)行數(shù)周后再次進(jìn)行嚴(yán)密性試驗，后5 min真空下降速率恢復(fù)到300 Pa/min左右，再次補(bǔ)充高流淌耐高溫膠，真空嚴(yán)密性試驗再次得到明顯改善。自此確定真空泄漏部位為連通管低壓缸側(cè)法蘭和密封隔板罩部件（圖1）。

3" " 修前分析漏真空原因

機(jī)組計劃2022年10月進(jìn)行C修工作，在檢修前，對該問題進(jìn)行技術(shù)分析，預(yù)估判斷連通管漏真空的原因，以指導(dǎo)檢修工作。

3.1" " 法蘭墊片損壞導(dǎo)致的漏真空

參考國內(nèi)同類型機(jī)組，連通管法蘭墊片普遍采用紅紙板、石墨金屬纏繞墊，這兩種墊片有不同的缺點：紅紙板在高溫條件下容易硬化，無彈性，導(dǎo)致密封性能下降，法蘭部位泄漏；石墨金屬纏繞墊容易開散，導(dǎo)致金屬條脫落進(jìn)入低壓內(nèi)缸。2017年機(jī)組大修，連通管各法蘭墊片均采用石墨齒型墊，參照其他三臺機(jī)組，使用齒型墊片可以可靠保證其密封性能，基本排除墊片因素，檢修中只需更換新墊片即可。

3.2" " 法蘭螺栓緊力不足

連通管法蘭螺栓按照廠家設(shè)計規(guī)范需進(jìn)行冷緊和熱緊，連通管設(shè)計規(guī)范技術(shù)要求：“第1項：連通管所有法蘭上的螺栓控制緊力，M39×3冷緊力矩為1 630 N·m，M33×3冷緊力矩為1 383 N·m?！?“第6項：在法蘭經(jīng)受至少為2/3的運(yùn)行溫度幾小時后，低壓缸進(jìn)汽法蘭面上的螺栓必須按規(guī)定的徑向?qū)ΨQ順序來重新擰緊，螺栓件10再擰緊半圈，螺母14再擰緊一圈?！辈?017年大修記錄，回裝時螺栓按照要求進(jìn)行冷緊，機(jī)組開機(jī)后也進(jìn)行熱緊，且在之前處理漏真空問題時，對連通管低壓缸側(cè)法蘭螺栓安排熱緊，可以排除螺栓緊力不足導(dǎo)致漏真空問題。

3.3" " 連通管中間法蘭冷緊值超標(biāo)的影響

因漏真空部位已基本明確，修前分析中重點考慮泄漏部位和原因，因此懷疑連通管中間法蘭冷緊值（14 mm）超標(biāo)，導(dǎo)致連通管熱膨脹與低壓外缸缸漲位移量偏差較大，連通管低壓側(cè)法蘭受較大軸向拉力，導(dǎo)致法蘭變形或軸向張口。原計劃檢修中安排割除連通管低壓側(cè)法蘭，消除連通管法蘭應(yīng)力，考慮該方案工程量較大，決定待檢修中測量中間法蘭在冷態(tài)下的法蘭間隙，根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。

3.4" " 連通管低壓側(cè)法蘭或密封隔板法蘭變形，平整度不均

連通管法蘭、密封隔板面法蘭若存在變形，會造成法蘭緊固后存在間隙而漏汽，運(yùn)行中低壓缸進(jìn)汽溫度約360 ℃，壓力0.9 MPa，經(jīng)長期運(yùn)行，冷熱態(tài)變化，法蘭存在變形可能，需要在檢修中進(jìn)行法蘭平整度檢查，考慮低壓側(cè)法蘭厚度50 mm，密封隔板法蘭20 mm，初步判斷密封隔板法蘭變形可能性更大。

3.5" " 密封隔板焊縫裂紋

密封隔板裝置連接低壓內(nèi)缸和低壓外缸，運(yùn)行中低壓內(nèi)缸徑向熱膨脹，低壓外缸因為無明顯溫度變化，徑向熱膨脹較小，密封隔板兩端（低壓外缸端和低壓內(nèi)缸端）熱變形量差值較大（8 mm），冷熱態(tài)反復(fù)變化，反復(fù)的交變應(yīng)力可能導(dǎo)致焊縫疲勞開裂，因運(yùn)行中無有效手段判定，可待檢修中進(jìn)行焊縫著色檢查確認(rèn)。

4" " 檢修中的驗證和處理措施

2022年10月，機(jī)組停機(jī)開始C修，按照修前分析和判斷，對各種可能導(dǎo)致泄漏的因素進(jìn)行確認(rèn)和排查。

（1）各法蘭墊片檢查，檢修中，連通管吊開后，檢查各法蘭墊片，未發(fā)現(xiàn)石墨齒型墊有明顯吹損痕跡，墊片上石墨密封面平整，排除墊片的因素。

（2）各法蘭螺栓檢查，松法蘭螺栓時，全部螺母均未出現(xiàn)咬死、松脫現(xiàn)象，結(jié)合修前分析，排除法蘭螺栓緊力因素。

（3）中間法蘭連接螺栓松開后，測量法蘭張口，平均16 mm左右，對比圖紙技術(shù)要求，張口偏小2.5 mm，考慮中間法蘭張口偏差值不大，處理難度較大，需要割除法蘭，打磨DN1 200管道2 mm，同時漏真空的直接原因已明確（見下文分析），決定不調(diào)整處理中間法蘭張口值。

（4）對連通管法蘭、密封隔板法蘭進(jìn)行平整度測量，法蘭密封面完好，平整度合格，也排除該因素。

（5）因修前判斷泄漏點為密封隔板處，重點檢查密封隔板，利用密封隔板U型結(jié)構(gòu)進(jìn)行灌水查漏，發(fā)現(xiàn)隔板焊縫整周有2/3部位有滲水現(xiàn)象，清理焊縫鐵銹后做著色檢查，確認(rèn)焊縫開裂，明確漏真空的直接原因。為進(jìn)一步分析焊縫開裂原因，查低壓轉(zhuǎn)子裝配圖（圖2）。

低壓外缸與密封隔板連接法蘭平面標(biāo)高處至轉(zhuǎn)子中心線3 005 mm，低壓內(nèi)缸與密封隔板連接法蘭平面標(biāo)高處至轉(zhuǎn)子中心線2 998.5 mm，差值即為密封隔板冷緊值6.5 mm。實際測量密封隔板兩側(cè)法蘭水平高度不一，差值約為6 mm。

分析焊縫開裂的原因：2010年機(jī)組通流改造時連通管更換，密封隔板廠家出廠時未進(jìn)行焊接，安裝技術(shù)要求“第5項：件1和件5需在現(xiàn)場配準(zhǔn)定位后施焊”，實際安裝過程中，低壓內(nèi)、外缸定位后，密封隔板隨之就位，兩側(cè)法蘭分別連接低壓內(nèi)、外缸法蘭，未按照廠家圖紙要求進(jìn)行冷緊值配準(zhǔn)定位，直接施焊。機(jī)組經(jīng)過十多年的長期運(yùn)行，多次開停機(jī)，低壓內(nèi)缸徑向方向反復(fù)熱脹冷縮，密封隔板兩側(cè)受力，焊縫受交變應(yīng)力作用，發(fā)生疲勞開裂。

后續(xù)處理：確認(rèn)漏真空的直接原因和造成焊縫開裂的根本原因后，安排對密封隔板焊縫進(jìn)行切割打磨，按照廠家技術(shù)要求進(jìn)行配準(zhǔn)定位，確保隔板內(nèi)法蘭與低壓內(nèi)缸法蘭有6.5 mm的冷緊值，并按照焊接規(guī)范進(jìn)行焊接，經(jīng)著色檢查不存在裂紋、砂眼等缺陷。密封隔板、連通管（低壓缸側(cè)）部件按照步驟進(jìn)行法蘭連接、法蘭螺栓冷緊，最后冷緊連通管中部法蘭螺栓。

5" " 修后真空嚴(yán)密性試驗驗證

2022年11月，#2機(jī)C修結(jié)束后投入運(yùn)行，12日進(jìn)行#2機(jī)真空嚴(yán)密性試驗，機(jī)組負(fù)荷283 MW，機(jī)組真空92.8 kPa，軸封壓力26.3 kPa，全停真空泵方式下，后5 min真空下降速率為204 Pa/min。對比C修前試驗，真空嚴(yán)密性有較大程度改善。

6" " 結(jié)語

汽輪機(jī)組漏真空問題是火力發(fā)電廠普遍存在的問題，一般情況下不會造成特別嚴(yán)重的設(shè)備故障或事故，輕微的真空泄漏會影響機(jī)組的運(yùn)行真空度，影響機(jī)組熱效率，漏真空的程度可以通過機(jī)組的真空嚴(yán)密性試驗來判斷。本案例分享的是如何在機(jī)組檢修前通過故障的表現(xiàn)，結(jié)合廠家圖紙和廠家設(shè)計理念，通過檢修經(jīng)驗積累，預(yù)先判斷故障確切位置，分析導(dǎo)致故障的原因，指導(dǎo)檢修工作，使得檢修工作有的放矢，目標(biāo)明確，避免實際檢修工作中為了確認(rèn)消除各種影響因素，全方位進(jìn)行各種嘗試，耗費大量人工、物力，甚至影響檢修工期。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王其軍.600 MW汽輪機(jī)低壓聯(lián)通管水平法蘭漏汽原因分析及處理[J].電力安全技術(shù)，2020，22（2）：59-61.

收稿日期：2022-12-12

作者簡介：何曉濱（1980—），男，福建廈門人，工程師，長期從事汽輪機(jī)本體設(shè)備管理工作。