600?MW汽輪機低壓聯通管水平法蘭漏汽原因分析及處理

王其軍

(國家電投集團河南電力檢修工程有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

該機組主機設備為上海汽輪機有限公司生產的N600/24.2/566/566型超臨界、單軸、三缸、四排汽、一次中間再熱、凝汽式汽輪機。再熱蒸汽通過兩側再熱蒸汽閥、再熱調閥進入中壓缸，各級做功以后，通過中壓缸向上排汽口的兩根中低壓聯通管流入低壓缸。中低壓聯通管的作用是在最小的壓損之下將蒸汽從中壓缸排汽口引入低壓缸。

該機組在滿負荷時的蒸汽溫度是370 ℃，壓力是0.92 MPa。左側的中低壓聯通管接至1號低壓缸進汽口，右側的中低壓聯通管接至2號低壓缸進汽口，聯通管在低壓時缸頂部進汽口處設有密封隔板裝置，保證當低壓內外缸之間不會竄汽。另外，當聯通管法蘭和夾緊環緊固時，密封隔板沿著聯通管垂直中心線的方向“冷緊”，減少了熱態時低壓內、外缸垂直方向因溫差產生脹差造成的密封隔板裝置上的應力。為了找出該機組聯通管在每次檢修回裝后水平面法蘭都會漏汽的原因，對此缺陷進行分析。

1 原因分析及改進措施

1.1 原因1

法蘭密封墊采用石棉板材質是造成漏汽的主要原因。該機組低壓缸上部聯通管水平法蘭直徑1 540 mm×1 280 mm，法蘭面寬度130 mm，厚度110 mm，結合面螺栓為M30×210六角螺栓，材質為42CrMo1。因機組出廠設計，此處密封墊為高壓石棉板，厚度為5 mm，所以目前采用的是土耳其生產的高壓石棉板。

通過對石棉板自身材質和聯通管法蘭金屬熱膨脹的特性進行分析判斷，直徑大、法蘭厚、溫度高的蒸汽管道，運行中將會對石棉板密封墊產生影響和變化，這種變化將會使密封墊的密封效果大大降低，具體分析如下。

聯通管法蘭連接示意如圖1所示，機組在啟動過程中，汽輪機不斷升速，沖至3 000 r/min后并網。隨著負荷的增加，蒸汽的壓力與溫度不斷增加，聯通管法蘭與螺栓也不斷受熱膨脹。因為法蘭的厚度及體積較大，受熱后膨脹系數大，膨脹速度也隨著加快，而聯通管法蘭螺栓體積小，膨脹系數小，膨脹速度就慢。由于膨脹過程的不同步性，水平面法蘭受限的膨脹量將會施加于石棉板，此時石棉板的厚度會被壓縮一定的量。隨著高溫的持續，螺栓也逐漸伸長，但是石棉板之前被法蘭面壓縮的量不會再恢復，此時法蘭密封面就會產生間隙，蒸汽開始從間隙中漏出。停機以后蒸汽停運，溫度下降，法蘭冷縮較快，螺栓冷縮較慢，此時檢查發現罩螺母多數為松弛狀態，螺栓松弛的量其實就是石棉板被壓縮的量。此現象在每次啟停機時都會出現，以上即為石棉板材質的密封墊容易產生漏汽的主要原因。

針對以上原因分析，決定對密封墊進行材質改良，將石棉板材質的密封墊更換為金屬纏繞密封墊。金屬纏繞密封墊能夠對管道系統的壓力熱循環和振動進行自動調整，適用于負荷不均勻、接合力易松弛，溫度與壓力周期性變化、有沖擊或震動的場合。金屬纏繞墊片由V形或W形不銹鋼帶和非金屬填充料疊合，螺旋卷繞，始末端點焊而成，具有良好的壓縮回彈性，適用于溫度、壓力交變劇烈的密封部位。由于聯通管水平法蘭內外密封面中間有一圈螺栓孔，不易做成整體金屬纏繞墊，因此將墊子分成兩部分加工，螺栓孔內外密封面各做成一個獨立的金屬纏繞墊，如圖2所示。

因聯通管水平法蘭面、密封隔板法蘭面、內缸進汽口法蘭面三者都是平面配合，沒有止口，為了防止內圈纏繞墊受壓后蹦出，蒸汽將纏繞墊吹入缸內，在A，B低壓內缸進汽口中分面處內壁各焊4個規格為15 mm×5 mm×50 mm的擋板。

1.2 原因2

聯通管波紋膨脹節固定螺桿的拆裝工藝不正確是造成漏汽的次要原因。

機組運行中高溫蒸汽通過聯通管時會發生較大的熱膨脹量，水平管段會伸長很多，為了保證聯通管熱膨脹后仍能保持正常位置，機組設計聯通管各段有波紋膨脹節，用于吸收聯通管受熱后產生的膨脹量。機組安裝時，右側聯通管自由長度為15 172 mm，冷緊后長度為15 217 mm，冷拉值為45 mm，冷拉值靠波紋膨脹節的收縮與拉抻來補償。聯通管波紋膨脹節如圖3所示，每段膨脹節靠大拉桿來固定兩組膨脹節的總長度，即保持原始調整的冷拉值不受變化；小拉桿來調整膨脹節的收縮量或拉伸量，保持同步，而且在廠家設計標準范圍之內。

檢修時，聯通管垂直面法蘭螺栓拆卸之前，必須將所有膨脹節小拉桿的固定螺母全部緊固，保證膨脹節原始狀態不受變化。螺栓解體完以后，聯通管吊下，檢修期間大拉桿與小拉桿的固定螺母不允許變動。回裝時，聯通管吊裝就位后，螺栓全部緊固完畢，松開所有膨脹節小拉桿螺母，使膨脹節恢復自由狀態，安裝程序完成。

在解體該機組聯通管時發現，膨脹節小拉桿緊固以后，螺栓全部拆除，兩個垂直面法蘭之間的間隙之和達到了46 mm。由此推斷，上次聯通管回裝緊固垂直面法蘭時，是靠法蘭螺栓把兩個垂直法蘭面硬拉到一起的。說明在此之前，小拉桿的緊固順序出現了錯誤，膨脹節安裝原始冷拉值出現錯亂。因此，低壓缸上部水平面法蘭與斜面法蘭都會因受到極大的拉力而產生張口間隙，從而造成漏汽。

針對以上分析，采用以下方法回裝糾正錯誤順序。將含有波紋膨脹節的聯通管依次吊上，水平法蘭緊固后，先把小拉桿螺栓全部松開，再緊固兩個垂直面法蘭螺栓，使波紋節自由拉伸至原始安裝的狀態。完畢后小拉桿螺栓仍然保持松開，而且要松到最大極限，防止機組啟動后波紋節受熱膨脹時受到阻礙，導致膨脹不均造成波紋節損壞。

1.3 原因3

聯通管回裝及螺栓緊固順序不正確是造成漏汽的第3個原因。

中低壓聯通管共有7個法蘭：2個中排斜面法蘭、3個垂直面法蘭、2個水平面法蘭。聯通管法蘭如圖4所示，在回裝過程中，因為水平法蘭中分面位于低壓內外缸密封隔板內側，無法監視緊固后法蘭間隙是否平均，所以回裝及緊固螺栓的順序是否正確，將會對法蘭及密封墊產生影響和變化。

機組設計左側低壓聯通管冷拉值為18 mm，右側低壓聯通管冷拉值為45 mm。如果先緊固垂直面法蘭，聯通管自身及下部水平面法蘭與斜面法蘭都受到較大的拉力，此時如果水平面法蘭螺栓未緊到位，就會把水平法蘭間隙拉出張口，一旦出現張口間隙，就會造成漏汽。因此螺栓緊固要嚴格按照順序進行，應該先緊固2個中排斜面法蘭螺栓，再緊固2個水平面法蘭螺栓，最后緊固3個垂直面法蘭螺栓。

另外，受到拉力后的螺桿在經過一定時間后會產生伸長量，原來緊固的力將會被削弱，如果不及時進行復緊，法蘭受熱膨脹后會產生間隙，從而造成漏汽。因此要嚴格把控螺栓緊固程序，測量法蘭間隙達到均衡合格，并采取冷態復緊的辦法確保螺栓緊固到位。

所有法蘭螺栓都應緊固三遍，首次緊固完成24 h后復緊一遍，檢查是否有螺栓松動的現象，所有螺栓檢查一遍后，可再統一稍加扭矩緊固一遍。再過24 h后再復緊一次，此時可重點檢查有無個別螺栓松動即可，不用全面再加扭矩緊固。

2 結束語

通過此次檢修，找到低壓聯通管水平法蘭漏汽的根本原因，采取相應的改進措施，徹底解決了低壓聯通管水平法蘭的漏汽問題。同時總結了一些經驗也為國內同類機組，提供了消除此類缺陷的方法和依據。