1 000 MW汽輪機(jī)高壓缸中分面漏汽分析及處理

劉中華，賈東友，李躍剛

(天津電力建設(shè)公司，天津市，300380)

0 引言

華能海門電廠3號(hào)機(jī)組安裝東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的日立技術(shù)1 000 MW機(jī)組，該機(jī)為N1000-25.0/600/600型超超臨界、一次中間再熱、單軸、高中壓分缸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。該機(jī)組為國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組的第10臺(tái)。根據(jù)掌握的信息，在已投產(chǎn)的同類型機(jī)組中均不同程度地出現(xiàn)過(guò)高壓缸中分面局部漏汽問(wèn)題，此問(wèn)題在運(yùn)行中很難消除。例如某臺(tái)機(jī)組在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)漏汽，在熱態(tài)進(jìn)行熱緊，然而不但沒(méi)有消除漏汽，還在大修時(shí)發(fā)現(xiàn)大量熱緊過(guò)的高壓外缸螺栓出現(xiàn)“咬死”及裂紋現(xiàn)象，給機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)很大影響。為了有效地避免該問(wèn)題的發(fā)生，在安裝前會(huì)同廠家代表、業(yè)主專工、監(jiān)理對(duì)以往機(jī)組出現(xiàn)的此類問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致分析，找出可能引發(fā)問(wèn)題的原因，制定出一套有針對(duì)性的施工措施，并在3號(hào)機(jī)組的安裝過(guò)程中嚴(yán)格按照措施施工，最終取得了良好的效果。

1 問(wèn)題描述

經(jīng)對(duì)已投產(chǎn)機(jī)組漏汽現(xiàn)象的分析得出一些共性結(jié)論，大致為以下幾點(diǎn):

(1)機(jī)組都是在初次負(fù)荷帶到800 MW左右時(shí)開(kāi)始漏汽。

(2)漏汽位置均出現(xiàn)在高壓缸中分面靠排汽端兩側(cè)，大致位置在圖1所示的外缸穿透螺栓序號(hào)15、17、19、21 及螺栓序號(hào) 16、18、20、22 處。各臺(tái)機(jī)組漏汽面積不盡相同。

(3)在機(jī)組熱態(tài)時(shí)采取二次熱緊措施不能根治漏汽現(xiàn)象，而且由于二次熱緊時(shí)沒(méi)有基準(zhǔn)，加之實(shí)際操作危險(xiǎn)性很大，問(wèn)題很難處理。

圖1 高壓缸螺栓布置Fig.1 Bolt distribution inside high pressure casing

2 原因分析

由于本臺(tái)機(jī)組是天津電建公司安裝的首臺(tái)此類型機(jī)組，缺少經(jīng)驗(yàn)，主要依靠搜集到的以往幾臺(tái)機(jī)組漏汽情況信息和汽輪機(jī)廠家提供的圖紙、說(shuō)明書等資料［1-6］進(jìn)行分析，并就存疑的問(wèn)題請(qǐng)教了制造廠家，最終認(rèn)為可能導(dǎo)致漏汽的因素有以下幾個(gè)方面。

2.1 高壓缸中分面加工工藝的影響

高壓缸中分面加工工藝不良的可能性相對(duì)較小，但是也不能完全排除，需要在安裝過(guò)程中給予重點(diǎn)檢查。

2.2 中分面密封膠質(zhì)量不好或涂抹不勻

中分面涂密封膠的工序在實(shí)際施工過(guò)程中往往被忽視，但密封膠質(zhì)量卻對(duì)最終的安裝質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。

2.3 高壓缸內(nèi)外汽封體徑向間隙偏大

汽封徑向間隙偏大可導(dǎo)致蒸汽從軸封漏到高壓外缸，增加外缸負(fù)荷。

2.4 高壓外缸前貓爪截面積過(guò)小

貓爪截面積過(guò)小，伸出過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度低，使靠近貓爪處外缸螺栓受到額外負(fù)荷，使外缸中分面的預(yù)緊力減小。但由于缺乏理論基礎(chǔ)，需經(jīng)過(guò)廠家設(shè)計(jì)部門進(jìn)一步認(rèn)定。

2.5 高壓內(nèi)缸貓爪支承銷頂起外缸

在某臺(tái)機(jī)組的檢修中曾發(fā)現(xiàn)高壓內(nèi)缸4個(gè)貓爪處支承銷有頂缸現(xiàn)象。在廠家設(shè)計(jì)圖中此支撐銷與上半外缸之間設(shè)計(jì)間隙為0.15～0.20 mm，后認(rèn)為這個(gè)間隙值偏小，正常運(yùn)行時(shí)可能阻礙貓爪自由膨脹而引起頂起外缸的現(xiàn)象(見(jiàn)圖2)。廠家最終將此間隙調(diào)整為0.20～0.25 mm。

2.6 螺栓緊固力矩不夠

導(dǎo)致螺栓實(shí)際緊固力矩不夠的原因可能有以下幾方面:

圖2 高壓內(nèi)缸貓爪支承銷間隙Fig.2 Clearance of paw rest bin

(1)螺栓伸長(zhǎng)量測(cè)量存在誤差。測(cè)量螺栓原始長(zhǎng)度和熱緊后長(zhǎng)度均應(yīng)在螺栓豎直狀態(tài)下進(jìn)行，如果測(cè)量原始長(zhǎng)度時(shí)螺栓處于水平狀態(tài)，不管是栽絲還是穿透型螺栓，測(cè)量工具測(cè)頭都很難對(duì)準(zhǔn)螺栓加熱孔底部中心，造成原始測(cè)量數(shù)據(jù)偏小。

(2)在安裝過(guò)程中以旋轉(zhuǎn)弧長(zhǎng)代替伸長(zhǎng)量測(cè)量。此種方法并未對(duì)熱緊后的螺栓實(shí)際伸長(zhǎng)量進(jìn)行復(fù)測(cè)，導(dǎo)致螺栓實(shí)際伸長(zhǎng)量存在測(cè)量誤差。

(3)廠家提供的熱緊螺栓伸長(zhǎng)量是一個(gè)范圍而不是準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。按照日立機(jī)組設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，一般設(shè)計(jì)富余量相對(duì)較少，如果施工中采用偏下限的伸長(zhǎng)量，就可能出現(xiàn)實(shí)際緊固力度不足的情況。由于無(wú)法核算螺栓伸長(zhǎng)值是否可靠，最后決定將螺栓伸長(zhǎng)量控制在允許范圍的上限，以確保足夠的緊固力度。本臺(tái)機(jī)組易泄漏位置螺栓(直徑為51 mm、長(zhǎng)為1 370 mm)的最終伸長(zhǎng)量如表1所示。

表1 高壓缸螺栓伸長(zhǎng)量Tab.1 bolt elongation range of high pressure casing

3 控制措施

在按照廠家說(shuō)明書及相關(guān)資料編制施工措施時(shí)，除按相關(guān)要求進(jìn)行質(zhì)量控制外，還為了確保高壓缸不漏汽而提出了針對(duì)性措施。

3.1 檢查高壓內(nèi)、外缸水平中分面間隙

合缸檢查高壓內(nèi)、外缸水平中分面間隙，由于高壓外缸中分面螺栓偏內(nèi)側(cè)，中分面法蘭主要靠?jī)?nèi)側(cè)密封，所以內(nèi)、外側(cè)間隙均要測(cè)量。記錄自由狀態(tài)的間隙值，應(yīng)符合廠家《主機(jī)證明書》［1-7］要求。缸面自由狀態(tài)下間隙小于0.25 mm且穿入長(zhǎng)度不超過(guò)法蘭的1/3，緊1/3螺栓后中分面塞不進(jìn)0.03 mm塞尺，如果未達(dá)到要求，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。

3.2 調(diào)整貓爪支承銷間隙

按照廠家文件要求，將高壓內(nèi)缸4個(gè)貓爪處支承銷與上半外缸的間隙，由原設(shè)計(jì)0.15～0.20 mm調(diào)整為0.25～0.30 mm，并在安裝中進(jìn)行重點(diǎn)控制，消除內(nèi)缸頂起外缸的隱患。

3.3 確保密封脂質(zhì)量

高壓外缸水平中分面密封脂選擇中國(guó)電力科學(xué)研究院北京國(guó)電富通科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的MF-4型汽缸密封脂。密封脂厚度為0.5～1.0 mm，須涂抹均勻，在涂抹過(guò)程中由質(zhì)量員全程旁站監(jiān)督，確保安裝質(zhì)量。

3.4 控制汽封體徑向間隙

高壓缸內(nèi)、外汽封體徑向間隙按圖要求控制在設(shè)計(jì)值下限，防止從軸封漏汽到高壓外缸。

3.5 增設(shè)外缸疏水

按廠家變更要求在高壓外缸增加1路疏水，主要是為了排除內(nèi)、外缸夾層中的蒸汽，減小運(yùn)行時(shí)上、下缸溫差。

3.6 螺栓熱緊要求

(1)由于測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)的百分表以螺栓端面為基準(zhǔn)，因此所有高壓外缸中分面螺栓端面必須清理干凈，打磨掉高點(diǎn)，保證螺栓原始長(zhǎng)度及伸長(zhǎng)量測(cè)量的準(zhǔn)確性。

(2)將高壓外缸中分面帶齊螺栓，在螺栓垂直狀態(tài)下用螺栓伸長(zhǎng)測(cè)量工具測(cè)量螺栓原始長(zhǎng)度，要求測(cè)量3次取平均值，如3次測(cè)量數(shù)值間偏差較大，要找到偏差產(chǎn)生的原因并重新測(cè)量。

(3)按照螺栓預(yù)緊說(shuō)明書要求的順序冷緊中分面螺栓，消除結(jié)合面間隙，如果中分面間隙未消除，可用扳手加套管的方式緊固消除(或熱緊部分螺栓消除)，不得用大錘敲擊。

(4)冷緊完后再測(cè)量高壓外缸中分面螺栓，保證中分面螺栓伸長(zhǎng)0.04～0.05 mm，冷緊均勻，避免個(gè)別螺栓緊力不夠或受力過(guò)大。對(duì)于高壓外缸前側(cè)穿透螺栓(序號(hào)15～22)，須多測(cè)量幾遍，保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，因前幾臺(tái)機(jī)組漏汽部位均在此處。

(5)所有螺栓的伸長(zhǎng)量均達(dá)到廠家要求的上限。需要特別注意的是，由于高壓外缸中分面螺栓偏內(nèi)側(cè)，要嚴(yán)格控制熱緊伸長(zhǎng)量不得超過(guò)設(shè)計(jì)許可范圍，以免造成法蘭外張口。山東某電廠發(fā)生過(guò)由于熱緊伸長(zhǎng)量過(guò)大，致使外缸出現(xiàn)張口而漏汽的情況。

(6)待螺栓冷卻到常溫后測(cè)量其實(shí)際伸長(zhǎng)量，對(duì)于沒(méi)有達(dá)到伸長(zhǎng)量要求的螺栓需進(jìn)行二次熱緊，確保所有螺栓伸長(zhǎng)量達(dá)到要求。

(7)冷緊前測(cè)量螺栓原始值，冷緊后測(cè)量伸長(zhǎng)量，熱緊后等螺栓冷卻到常溫后再次測(cè)量伸長(zhǎng)量，螺栓伸長(zhǎng)量測(cè)量工作均由同一人完成，以減小人為誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)該型機(jī)組高壓缸漏汽問(wèn)題，進(jìn)行了詳細(xì)的分析，羅列出可能的影響因素，并制定了有針對(duì)性的控制措施。在華能海門電廠3號(hào)機(jī)組安裝過(guò)程中完全按照上述措施進(jìn)行質(zhì)量控制。目前機(jī)組已經(jīng)投產(chǎn)并安全運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，機(jī)組高壓外缸未發(fā)現(xiàn)有任何泄漏現(xiàn)象，說(shuō)明該措施是有效可行的。希望這一經(jīng)驗(yàn)可給同行帶來(lái)一定的啟發(fā)。

［1］東方汽輪機(jī)廠.D1000A-000103ASM—2009螺栓預(yù)緊說(shuō)明書［R］.德陽(yáng):東方汽輪機(jī)廠，2009.

［2］東方汽輪機(jī)廠.高溫螺栓熱緊伸長(zhǎng)量與螺母旋轉(zhuǎn)弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)表［R］.德陽(yáng):東方汽輪機(jī)廠，2009.

［3］DL/T 438—2009火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2009.

［4］唐飛，董斌，趙敏.超超臨界機(jī)組在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用［J］.電力建設(shè).2010，31(1):80-86.

［5］東方汽輪機(jī)廠.N1000-25.0/600/600型汽輪機(jī)熱力特性書［R］.德陽(yáng):東方汽輪機(jī)廠，2009.

［6］江哲生，董衛(wèi)國(guó)，毛國(guó)光.國(guó)產(chǎn)1 000 MW 超超臨界機(jī)組技術(shù)綜述［J］.電力建設(shè)，2007，28(8):42-45.

［7］東方汽輪機(jī)廠.N1000-25.0/600/600型汽輪機(jī)主機(jī)證明書［R］.德陽(yáng):東方汽輪機(jī)廠，2009.