高旁減溫水噴嘴管座斷裂事故的分析

耿發早

摘 要 火力發電機組裝機容量增加，單元制控制的不斷發展，作為保護機組安全和減少工質損耗提高經濟性的旁路系統越來越重要。機組啟停和正常運行中確保旁路系統隨時備用必不可少，這就涉及到設備的設計、選型、安裝、運行維護等工序是否合理。文章通過旁路系統上的一次事故分析說明了這幾個工序對旁路系統安全的影響。

關鍵詞 汽輪機；旁路系統；減溫水；高旁閥；低旁閥

中圖分類號：TM621.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0159-01

旁路是在機組啟停或事故時將鍋爐產生的蒸汽通過減溫減壓后部分或全部繞過汽輪機排到凝汽器。高旁將蒸汽繞過高壓缸經再熱冷段管道進入再熱器換熱，防止再熱器干燒超溫損壞，保護再熱器；低旁將再熱器來的蒸汽繞過中低壓缸回收到凝汽器，減少汽水損失。

1 設備簡介

機組旁路采用高低壓兩級串聯的系統，高旁為40%鍋爐最大容量，布置在機房6.9 m平臺。低旁設置A、B兩套，總容量為高旁蒸汽流量與噴水量之和，布置在機房13.7 m平臺。高旁從汽機高壓缸進口前主蒸汽管接出，經減溫減壓后接入再熱蒸汽冷段管上。低旁從汽機中壓缸進口前再熱蒸汽管接出，經A、B兩路減溫減壓后分別接入A、B凝汽器。

高旁控制：入口汽壓力24.2 MPa（a），入口汽溫566℃，入口流量768 t/h，出口汽壓4.77 MPa，出口汽溫322.2℃，減溫水進口壓力36 MPa，進口溫度193.2℃減溫水流量141 t/h。

2 事件經過

接中調令啟動機組，所有準備工作完成，按正常程序開機，機組點火后逐漸開高、低旁閥。主汽壓力達6.84 MPa，溫度386℃時高旁開44%，減溫水調閥開8%，高旁后溫度282℃，壓力1.2 MPa，對應飽和溫度188℃。0：35現場巡檢發現高旁噪聲和振動很大，高排逆止閥后疏水袋水位計取樣管座斷裂，高旁后兩個溫度測點變壞，高旁后壓力測點A二次門后管道斷裂，將一次門關閉，手動將減溫水調閥開到30%，并保持高旁閥和減溫水調閥在此開度。鍋爐煤量減至20 t/h降溫降壓，由檢修處理完畢后于4：53繼續升溫升壓，期間檢查發現高旁出口溫度A、B再次變壞點，現場檢查溫度測點A、B均已斷線，由熱工更換為2支較長的鎧裝熱電偶溫度計。19：30汽輪機定速3000 r/min；19：43發電機并網；21：20巡檢人員發現高旁減溫水管座處漏汽，經維修人員現場檢查確認無法在運行中處理；22：25經中調批準機組停機消缺。

檢查發現高旁減溫水噴嘴管座三處接口焊縫中，西南、西北側兩處完全斷裂，東側經金相檢查局部開裂；高旁閥后垂直段彈簧支架部分螺母松脫、支架側位，六塊加強肋板一塊斷裂、五塊根部產生裂紋，高排逆止閥操作氣缸底部壓縮氣管震斷，高旁閥后兩個溫度熱電偶套管全部斷裂脫落。針對高旁閥斷口焊縫及兩側母材做光譜材質復核，結果為母材及焊縫材料滿足該部位正常運行的溫度、壓力要求；對噴嘴斷口金相分析，斷口為典型的疲勞斷裂、斷裂起始位置為圓周水平兩側，經疲勞擴展至圓周上下兩側，直至最后整圈斷裂。對整個高旁閥體和減溫水噴嘴管的所有焊縫進行超聲波和磁粉探傷，發現東側未完全斷裂噴嘴亦有線性缺陷。解體三個噴嘴，噴嘴內筒表面干凈，噴嘴內芯完好，其中西北、西南的兩個噴嘴內腔各掉出一顆直徑約2 mm焊渣，其余未發現異常。對高旁閥修復后，機組重新啟動，嚴格按規程操作、嚴密監視相關參數，高旁閥后蒸汽溫度上下溫差跟蹤良好，溫差在5℃以內，啟動過程中高旁閥開度超過35%時，閥后管道再次發生明顯高頻振動，13：47高旁閥后壓力測點A一次門后管道再次振斷、#7機高排逆止門后疏水袋水位計取樣管兩個焊口開裂，18：16泄漏缺陷處理好后，鍋爐重新升溫升壓，18：45汽機沖轉，22：01發電機并網。

組織相關人員先后測量高旁閥后管道及附近再熱冷段蒸汽管道的支吊架振動情況，高旁閥開度小時該管段振動值很小，高旁閥開大至35%以上時該管段振動值較大。高旁閥后管道振動大導致高旁閥后溫度測點損壞時，DCS系統判斷為溫度無窮大而將旁路減溫水調整門開至最大，從而大量的減溫水噴進旁路后管道，加劇了汽水兩相流，管道振動擴大，從而引起相連接的部分設備因振動大而斷裂、部分支吊架松動變形。現場發現，基建期間高旁減溫水管道10號彈簧支座因樓板無預埋支墩、5號彈簧吊架因電纜槽阻擋而無法按圖安裝而一直未安裝。

3 原因及整改

1）機組啟動時，直流爐特性決定高旁減溫水溫度只能在60℃左右，主汽溫卻有380℃以上，水汽劇烈混合必引起高旁閥的高頻振動，對比我廠其他機組及同類型機組的高旁管道布置，認為高旁后管系設計不合理，高旁從主汽管引出后經高旁閥減溫減壓后直接接入高排逆止門后的冷再管道，閥體產生劇烈高頻振動直接傳導至高排閥體及附近管道，使疏水袋水位計、溫度、壓力等測點多次振斷，減溫水管座疲勞損傷不斷積累，是導致減溫水管座斷裂的重要原因。高旁出口兩個蒸汽溫度測點位置設計不合理，距高旁閥體不足3 m，當汽水混合不均，會導致該兩個點溫度波動，而導致投入自動的減溫水調閥開度波動，加劇閥體的高頻振動，此為減溫水管座斷裂的次要原因。基建施工期間，工程部技術管理人員對#7機管道支吊架安裝把關不嚴，導致部分支吊架漏安裝。在幾次保養開機過程中就檢查發現高旁閥振動大，噪聲大等異常情況匯報，相關設備管理人員不夠引起重視。

2）對高旁減溫噴嘴管座按照規范的焊接技術方案，委托焊接公司對斷裂和有缺陷的焊縫打磨挖補，預熱焊接修復后進行熱處理，并進行探傷檢查合格。委托熱工研究院對主蒸汽、再熱蒸汽冷熱段、高旁前后管道支吊架、阻尼器、限位架進行全面檢查，對部分已經松動支吊架或行程失效的阻尼器進行校正修復。解體檢查高旁閥三個噴嘴，更換原廠密封圈備件后裝復。對高旁后垂直段彈簧支座斷裂的加強肋板重新焊接修復，并對焊縫處探傷檢查合格。按設計院設計變更要求，將高旁后兩個測溫探頭移至6.9 m層樓板以下與減溫水噴嘴間距>3.5 m。0 m層冷段再熱蒸汽管道按設計變更要求，增設一路疏水。原設計有的高旁減溫水管道5號、10號彈簧吊架因電纜槽阻擋未按圖安裝，聯系設計院進行設計變更并安裝。

3）加強值班員培訓，回顧機組各次啟動中存在的問題進行分析總結，優化機組啟動過程、熟悉設備運行控制參數，發現問題及時聯系檢查分析，制定出處理意見和運行維護方案，杜絕對異常設備不管不問現象，確保機組設備在設計控制范圍才能保證機組的安全經濟運行。

參考文獻

[1]茂名熱電廠.#7機集控運行輔機規程.

[2]茂名熱電廠.#7機設備資料.endprint