某300 MW機組主汽閥疏水管道開裂原因分析及處理

陳瑞龍

（福建華電永安發電有限公司，福建三明 366000）

1 機組信息

某300 MW循環流化床火電機組汽輪機型號為C300/264-16.7/1.0/537/537，為一次中間再熱、高中壓合缸、兩缸兩排汽、單軸抽汽凝汽式汽輪機。其主蒸汽管道由55.44 m標高的鍋爐過熱器出口集箱分兩路引出，在48.30 m標高處合并為一路，在9.50 m標高處分為兩路分別進入兩組主汽閥，然后再通過4路導汽管引至汽機高壓缸。主蒸汽管道設計壓力18.41 MPa，設計溫度545 ℃，管道材料為A335 P91。

2 現場故障情況

現場每組主汽閥上布置有上下兩組疏水管道，然后上下側疏水管道分別兩兩匯合后分兩組排入疏水擴容器，疏水管道布置（圖1、表1）。

在機組檢修過程中，對兩組主汽閥上的4組疏水管接管座角焊縫進行磁粉檢測，發現左、右側主汽閥的下疏水管接管座角焊縫均存在裂紋，裂紋均位于疏水管與接管座連接焊縫的上部（圖2）。

圖1 疏水管道實際布置

表1 疏水管道材料規格

圖2 現場磁粉檢測裂紋情況

3 故障原因分析

疏水管道由于其結構、布置特性，往往是火電機組中裂紋多發、易發區域，造成疏水管道開裂的原因有焊接質量、材料用錯、應力超標、熱疲勞、沖刷磨損等[1-5]。現場核查疏水管道（含接管座）的材料及壁厚情況，材料正常、壁厚也符合強度要求。查閱以往檢修資料，發現該裂紋處以前也出現過類似故障，當時只是將裂紋進行了挖補修復，重新焊接并熱處理后，焊縫質量正常。

考慮到裂紋多次發生在同一位置的同一方向，從結構應力超標的角度進行分析考慮。現場檢查整個疏水管道的支吊架布置情況，發現該疏水管道全部使用現場簡易制作的剛性支撐固定（圖3）。這種結構實際上相當于導向支架的功能，只保留了管道軸向一個方向的自由度，固定其余兩個方向的自由度。

圖3 現場剛性支撐安裝示意

由于該疏水管道與主汽閥直接連接，閥前介質溫度壓力與主汽溫度壓力一致，運行過程中管道的熱膨脹量也會較大，如在彎頭的兩側同時加裝這種剛性支撐將嚴重阻礙管道的正常熱膨脹，造成管道二次應力超標[6]。

4 管道應力計算

為定量分析管道應力水平，依照主汽門下疏水管道現場布置形式，采用管道應力計算軟件建立應力仿真計算模型，以主蒸汽管道設計參數（545.0 ℃、18.41 MPa）為管道計算參數，進行運行狀態下的管道應力仿真計算。計算結果顯示，疏水管道接管座接口處的二次應力普遍嚴重超標，反映上述管道約束方式不合理，造成管道因熱漲變形嚴重受約束而產生較大的二次應力，從而導致管道開裂事故頻發（圖4）。

5 處理方案及結果

由計算結果更，加明確了該裂紋故障產生的原因為管道應力超標。針對該疏水管道約束方式不合理的情況，建議取消現場剛性支撐方式，改為彈簧吊架。具體處理方案為：①對現有裂紋進行挖補消缺，確保焊口質量合格；②取消原有1#剛性支撐，在原1#剛性支撐上側彎頭前側的水平管道上加裝一組彈簧吊架，以減小接管座端口的一次應力水平；③將原有2#、3#剛性支撐更改為彈簧吊架，已恢復管道的自由膨脹，降低整個管系的二次應力水平。

圖4 管道計算模型

表2 管道應力計算結果匯總

對調整后的疏水管道模型進行應力校核與彈簧吊架選型計算，計算結果顯示調整后管道的應力水平顯著降低，滿足管道安全運行的要求。最大一、二次應力計算結果見表3。

在機組檢修期間，采用計算所得的彈簧吊架型號規格對該疏水管道支吊架進行了更換安裝，在機組重啟穩定后的檢查顯示，各彈簧吊架熱位移與計算值相符，管道熱膨脹正常。

表3 最大一、二次應力計算結果

6 結束語

本文針對主汽閥疏水管道接管座開裂故障，由現場檢查及應力核算確認了故障原因，并通過更換彈簧吊架的方式有效降低了管道熱脹應力水平，從根源上消除了故障原因，有力地保障了機組的安全穩定運行。

高溫蒸汽疏水管道均與主管道直接相連，尤其是疏水閥前管段內的介質與主管道直接相通，承受著與主管道相同的溫度壓力載荷，由于對小管道的重視程度不足，造成疏水管道故障頻發。應提高對疏水管道管理的重視程度，管道布置及支吊架型號應經過計算確定，杜絕現場擇機隨意布置。