汽輪機高溫高壓緊固件異常分析及處理

馬 亮，曾德龍

(華電漯河發電有限公司，河南 漯河 462000)

0 引言

根據某發電集團公司下發的《關于進一步加強汽輪機汽水系統1Cr5Mo螺母隱患治理和風險防范工作的通知》，某基層電廠結合實際情況制定了汽輪機高溫高壓緊固件隱患專項排查的工作方案，重點對主汽門、高調門、中主門、中調門、高導管等部位緊固件的材質、尺寸、硬度及緊固件的金屬內部情況進行全面排查，對排查出的典型問題進行分析，并提出了相關防范措施。

1 存在問題

某電廠1，2號機組均采用上海汽輪機廠生產的C330-16.7/0.379/537/537型(155)汽輪機，每臺機組配備2臺高壓主汽門、6臺高壓調門、2臺高壓主汽門、2臺高壓調門和6根高壓導汽管。1, 2號機組分別于2009年和2010年投產發電，1號汽輪機經歷了2次大修，2號汽輪機經歷了2次大修和1次小修。

1.1 1號機組存在的問題

(1) 主汽門有4根螺栓斷裂，其中TV1主汽門2號和15號螺栓斷裂，TV2主汽門1號和5號螺栓斷裂。

(2) 高壓導汽管螺栓有8根松動，復檢發現高導管螺栓的硬度均為250～260 HB，全部低于其硬度標準277～331 HB。

(3) 高調門螺栓共計60根，其中斷裂4根，位于GV2，GV4和GV6高導管上，另外抽檢4條螺栓硬度均為230～240 HB，全部低于其硬度標準252～302 HB。

1.2 2號機組存在的問題

(1) TV1主汽門有2根螺栓斷裂。

(2) 對主汽門和高導管上拆下來的螺栓進行超聲檢測，發現TV1主汽門有一根螺栓內部斷裂。

(3) GV1，GV5和GV6高導管螺栓共有3根斷裂，其中GV1高導管2根螺栓斷裂，GV5高導管有1根螺栓斷裂，以及1根螺栓硬度超標，超標的螺栓硬度為253 HB，低于標準277～331 HB。

(4) 對高調門、中調門、中主門等部位的緊固件進行松緊檢查，發現中調門存在1根螺栓斷裂。

2 原因分析

2.1 螺紋根部較高應力導致螺栓疲勞斷裂

由某電科院對斷裂螺栓進行了外觀、拉伸性能、布氏硬度、沖擊試驗、金相組織等檢測。根據電科院對斷裂螺栓的金屬檢測分析報告，主汽門螺栓和高導管螺栓斷裂原因是螺紋根部存在較高應力集中現象，誘發疲勞裂紋萌生并在運行過程中不斷擴展，最終導致疲勞斷裂失效。

2.2 預緊力和循環拉伸負荷造成局部高應力

螺栓根部產生較高應力的原因是在運行過程中長期受到預緊力和循環拉伸負荷的共同作用而產生。從投產至2021年，1號機組共啟停67次、2號機共啟停63次，汽輪機在每次啟停或者負荷變化時都會對汽輪機的緊固件產生循環拉伸力。

2.3 螺栓緊固工藝不滿足要求

根據說明書要求，主汽門、高導管等部位螺栓安裝時，應使用力矩扳手冷緊到位(主汽門螺栓力矩達到680 N·m，高導管螺栓力矩達到690 N·m)，再進行熱緊(主汽門螺栓熱緊角度94.5°，高導管螺栓熱緊角度120°±10°)；高調門、中主門和中調門的螺栓只需冷緊即可。實際上，在每次檢修時，緊固螺栓均采用了大錘敲擊進行冷緊，無法保證所有螺栓受力均勻，導致部分螺栓存在冷緊力過大的情況，加上機組打閘時對設備產生的沖擊力大，故容易加劇螺栓金屬疲勞失效情況。

3 防范與解決措施

3.1 加強技術監督管理

應嚴格執行火力發電企業金屬技術監督實施細則關于“對于大于或等于M32的高溫螺栓，每次A級檢修應拆卸進行100 %的超聲波探傷檢驗”的規定，加強技術監督管理，做到應檢必檢。

3.2 嚴格執行檢修工藝流程

應修訂汽輪機配汽機構檢修文件包內容，完善汽輪機緊固件的檢修工藝流程，在檢修過程中對主汽門、高導管等部位的螺栓進行緊固時，嚴格按照要求使用力矩扳手冷緊到位，再采用加熱棒對螺栓進行加熱，并在加熱過程隨時測量螺栓溫度以防超溫，直到能用手將螺母轉動至要求的角度。嚴禁采用大錘敲擊等方式進行緊固。

3.3 制定后續整改排查計劃

因檢查汽輪機缸體上的緊固件需要等到第一級金屬溫度降至150 ℃以下才能拆除保溫檢查，所需檢修時間較長，小修期間無法滿足。計劃結合大修檢查1，2號機缸體緊固件，重點檢查緊固件的硬度、材質及超聲金屬檢測。在大修前制定計劃，利用機組臨停分批次對配汽機構螺栓緊固件開展硬度、材質及超聲檢測，并對不合格的螺栓進行更換。

4 結束語

汽輪機高溫高壓緊固件長期運行后會逐漸老化，一旦出現螺栓斷裂、螺母滑脫等問題，造成蒸汽泄漏，會產生嚴重的安全隱患。因此，應高度重視高溫高壓緊固件的管理與隱患排查，從螺母升級改造、定期檢驗、檢修維護、風險隱患分級等方面加強管理，確保機組長周期安全穩定運行。