汽輪機(jī)三級抽汽溫度高的處理措施

米玉鴻，田 平，李曉鵬

（酒鋼集團(tuán)宏晟電熱有限責(zé)任公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

1 設(shè)備概況

某電廠350 MW 機(jī)組，汽輪機(jī)型號CJK350/285-24.2/0.4/566/566，由東方汽輪機(jī)有限公司制造，機(jī)組型式為超臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸、間接空冷、凝汽式汽輪機(jī)；汽輪機(jī)三級抽汽由中壓第3級后抽汽口接出，管 徑?273×9 mm、材 質(zhì)12Cr1MoVG，為3 號高壓加熱器提供汽源；其3 號高壓加熱器型號JG-980-3，由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造，型式為臥式、U型管表面式換熱器。

2 設(shè)計(jì)要求及實(shí)際運(yùn)行情況

按照汽輪機(jī)廠提供的說明書，汽輪機(jī)中壓第3級抽汽口設(shè)計(jì)溫度應(yīng)為440 ℃；按照高壓加熱器制造廠提供的高加制造《風(fēng)險評估報(bào)告》及《強(qiáng)度計(jì)算書》，3號高壓加熱器汽側(cè)設(shè)計(jì)溫度460 ℃（最大值），設(shè)計(jì)工作溫度438 ℃；按照該電廠設(shè)計(jì)單位提供的汽輪機(jī)三級抽汽管道系統(tǒng)圖要求，三級抽汽管道設(shè)計(jì)溫度453 ℃，設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度438 ℃，管道材質(zhì)12Cr1MoVG。綜上所述，汽輪機(jī)三級抽汽蒸汽正常運(yùn)行溫度應(yīng)控制在438 ℃以下，最高不得超過453 ℃的上限溫度。

該廠2號機(jī)組2014年4月投產(chǎn)，在2015年11月至12 月期間進(jìn)行了檢查性A 級檢修，至2016 年12月26 日前，整體運(yùn)行情況良好。2016 年12 月26 日03∶00～13∶30之間，機(jī)組負(fù)荷320 MW 時，三級抽汽平均溫度由430 ℃升至468 ℃，壓力在1.13～1.34 MPa 之間平緩波動，溫度已超過三級抽汽上限。2020 年12 月15 日，三級抽汽溫度以非常緩慢的趨勢上升至484 ℃（最大值），已超出三級抽汽管道的上限溫度31 ℃。2021年1月28日，三級抽汽溫度達(dá)到490 ℃，已超出三級抽汽管道的上限溫度37 ℃。

（1）三級抽汽管道設(shè)計(jì)材質(zhì)為12Cr1MoVG，按照《火力發(fā)電廠汽水管道零件及部件典型設(shè)計(jì)》中“鋼管品種”要求，該材質(zhì)可承受545 ℃蒸汽溫度，三級抽汽管道目前溫度已達(dá)490 ℃，且仍有緩慢上升趨勢，已接近管道材質(zhì)可承受的極限溫度，若管道超溫運(yùn)行，極易造成管道金屬材質(zhì)晶格錯位、許用應(yīng)力降低、沖擊韌性降低，發(fā)生管道開裂、高溫蒸汽泄漏情況，嚴(yán)重影響生產(chǎn)現(xiàn)場的安全運(yùn)行條件。

（2）三級抽汽管道為高壓加熱器提供蒸汽汽源，在汽源溫度超過加熱器筒體與內(nèi)部管束承受溫度時，造成加熱器內(nèi)部管束泄漏，汽、水混合接觸，導(dǎo)致?lián)Q熱效果降低，且會造成加熱器筒體開裂、高溫蒸汽泄漏，泄漏蒸汽極易造成人員嚴(yán)重灼燙、甚至工亡。

（3）若三級抽汽管道與高壓加熱器發(fā)生超溫造成的泄漏，該系統(tǒng)無法在線處理，必須進(jìn)行緊急停機(jī)處理，且處理過程必須經(jīng)過系統(tǒng)放水、設(shè)備降溫過程，至少需要3 至5 個工作日，按照該廠機(jī)組額定工況，將至少造成680 萬元至1134 萬元的經(jīng)濟(jì)損失。

綜上所述，三級抽汽管道超溫運(yùn)行，嚴(yán)重影響到三抽管道及高加的安全穩(wěn)定運(yùn)行，制約機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，必須在現(xiàn)有條件下進(jìn)行有效處理。

3 超溫原因分析及處理措施

3.1 超溫原因分析

汽輪機(jī)三級抽汽由中壓第3 級抽汽口排出，三級抽汽蒸汽溫度由汽輪機(jī)主汽溫度及做功后的焓降決定，各級抽汽口溫度在設(shè)計(jì)時已經(jīng)定型，實(shí)際運(yùn)行中抽汽溫度與設(shè)計(jì)溫度偏差不會很大，該級抽汽溫度高，最有可能是有高于該級抽汽溫度的蒸汽泄漏至汽輪機(jī)夾層，與三級抽汽混合后，造成三級抽汽溫度高于設(shè)計(jì)值。在未進(jìn)行汽輪機(jī)揭缸檢查情況下，其內(nèi)部泄漏位置無法準(zhǔn)確判斷，追述前次計(jì)劃性A級檢修，并咨詢汽輪機(jī)廠技術(shù)人員，高溫蒸汽泄漏至汽輪機(jī)夾層的原因判斷可能為運(yùn)行過程中汽輪機(jī)高、中壓進(jìn)汽插管處泄漏；高壓內(nèi)缸水平中分面或隔熱環(huán)密封處泄漏；或是汽輪機(jī)內(nèi)高中壓間的過橋汽封體汽封間隙磨損擴(kuò)大。

3.2 處理措施

根據(jù)上述判斷的可能原因，要進(jìn)行處理，均需要進(jìn)行汽輪機(jī)揭缸檢修，因生產(chǎn)需要，暫時無法安排A 級檢修對可能造成漏汽的部位進(jìn)行檢查處理，通過現(xiàn)場確認(rèn)熱力系統(tǒng)各管道的布局和蒸汽參數(shù)，決定在機(jī)組不揭缸和正常運(yùn)行條件下，采用引入冷卻蒸汽將三級抽汽降溫的臨時措施，使機(jī)組安全運(yùn)行得以保障。

3.3 改造方案

根據(jù)該廠目前運(yùn)行工況，三級抽汽實(shí)際溫度490 ℃，降至設(shè)計(jì)溫度至少需降溫37 ℃?？紤]介質(zhì)溫度，按照設(shè)計(jì)單位提供的《汽輪機(jī)二級抽汽管道系統(tǒng)圖》與《低溫再熱蒸汽管道系統(tǒng)圖》說明，二級抽汽管道與低溫再熱蒸汽設(shè)計(jì)溫度與壓力分別為356 ℃、5.196 MPa，與356 ℃、5.89 MPa（實(shí)際運(yùn)行中機(jī)組負(fù)荷未接帶到滿負(fù)荷，二抽及低再實(shí)際壓力為4.35 MPa，溫度328 ℃），管道材質(zhì)12Cr1MoVG，實(shí)測溫度、壓力，與設(shè)計(jì)值相符，壓力高于三級抽汽壓力、溫度低于三級抽汽溫度，管道材質(zhì)與三級抽汽管道一致，冷卻汽源可采用二級抽汽系統(tǒng)蒸汽或低溫再熱蒸汽系統(tǒng)蒸汽。

通過對比二、三級抽汽與低溫再熱蒸汽的焓、熵值，核算出降溫37 ℃，需接引一路管徑?60×4 的冷卻汽源管道，見表1。

表1 混溫效果

按照鍋爐安全技術(shù)規(guī)程，二、三級抽汽管道與低溫再熱蒸汽管道屬特種設(shè)備的壓力管道范疇，接引管徑為?57×4 mm 的管道，需在母管上開孔，增加接管座，而大于?273 mm 的管道改造屬于特種設(shè)備重大修理，手續(xù)繁瑣、資質(zhì)需求高，且在不停機(jī)的條件下，也不具備母管上開孔改造條件。通過核對現(xiàn)場管道布局，該廠決定選取三級抽汽電動門后?38×3（材質(zhì)：12Cr1MoVG）的疏水管道一次門后作為一路冷卻汽源入口，選取三級抽汽氣動逆止門后?38×3（材質(zhì)：12Cr1MoVG）的疏水管道一次門后作為第二路冷卻汽源入口，兩路?38×3 冷卻汽源通流量與?57×4管道通流量基本一致。冷卻汽源來源選取二級抽汽電動門后與低溫再熱蒸汽管道電動門后疏水管道相應(yīng)位置，改造中需選取承壓耐溫高于以上參數(shù)等級的閥門與管道，材質(zhì)與母管材質(zhì)一致。為保證原疏水管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與安全性，管道閥門布置如圖1、圖2。

圖1 三抽疏水冷卻汽源管道布置

圖2 二抽及低溫再熱疏水冷卻汽源管道布置

4 注意事項(xiàng)與實(shí)施效果

4.1 注意事項(xiàng)

在冷卻汽源管道進(jìn)行改造過程中，首先需確認(rèn)二、三級抽汽管道與低溫再熱蒸汽管道的汽源接口管道上的各疏水閥門嚴(yán)密無泄漏，否則無法進(jìn)行。其次，安裝的汽源管道與隔離閥門需與原管道材質(zhì)一致、壓力等級一致、溫度等級一致。再次，汽源管道安裝完成后，在冷卻汽源投入過程中，操作人員應(yīng)先梳理改造后的系統(tǒng)，利用各閥門的開啟與關(guān)閉，恢復(fù)原系統(tǒng)疏水；在疏水流程完成后，再次利用各閥門的開啟與關(guān)閉，疏通冷卻汽源管道；然后在冷卻介質(zhì)進(jìn)入過程中，監(jiān)盤人員與就地操作人員保持密切聯(lián)系，監(jiān)視三級抽管道壓力與溫度變化，控制冷卻汽源的閥門應(yīng)小開度、緩慢開啟，在系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定的情況下，逐步開大閥門，直至三級抽汽管道內(nèi)部溫度達(dá)到理想值。在此期間，若系統(tǒng)參數(shù)有大幅度變化，應(yīng)立即停止操作，恢復(fù)原系統(tǒng)，待參數(shù)穩(wěn)定后，再次進(jìn)行操作。

4.2 實(shí)施效果

根據(jù)以上方案，該廠在機(jī)組不停運(yùn)、抽汽系統(tǒng)與高加設(shè)備不隔離的條件下，在不違反鍋爐安全技術(shù)規(guī)程與相關(guān)特種設(shè)備管理規(guī)定的前提下，利用二級抽汽與低溫再熱蒸汽的疏水管道作為冷卻汽源，引入三級抽汽系統(tǒng)，通過生產(chǎn)安全操作緩慢投入冷卻汽源，使冷卻汽源與三級抽汽蒸汽混合，將三級抽汽溫度由490 ℃降至455 ℃，接近三級抽汽溫度設(shè)計(jì)值，從而降低和改善三級抽汽至3 號高壓加熱器進(jìn)汽溫度長期超溫的情況，避免了超溫造成的壓力管道和壓力容器過熱損傷，使三抽管道和3 號高壓加熱器在安全穩(wěn)定的介質(zhì)溫度下安全運(yùn)行，機(jī)組安全運(yùn)行得到保障。

5 結(jié)束語

火電機(jī)組的抽汽系統(tǒng)溫度升高，使汽輪機(jī)的缸效下降，機(jī)組的熱耗增加，損傷抽汽系統(tǒng)對應(yīng)的高壓加熱器，影響機(jī)組的安全性與經(jīng)濟(jì)性。引入冷卻蒸汽的措施，可在不停機(jī)、不違規(guī)的前提下，以極小的代價，降低抽汽系統(tǒng)的溫度，避免抽汽管道與高壓加熱器的損傷。但仍需該廠2號機(jī)組三級抽汽溫度升高改造措施執(zhí)行后，效果良好。