給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道開裂泄漏的分析與處理

李曉鵬，田 平，桂景海

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

前言

某4×350 MW 電廠，每臺(tái)機(jī)組配置2 臺(tái)NK50/56型給水泵汽輪機(jī)，為其高壓給水系統(tǒng)的給水泵提供動(dòng)力，并且兩臺(tái)機(jī)組配置一臺(tái)電動(dòng)調(diào)速給水泵組作為備用。給水泵汽輪機(jī)由蒸汽驅(qū)動(dòng)，汽源設(shè)計(jì)理念是采用三路汽源無(wú)擾切換進(jìn)行供汽，以滿足各種工況條件下的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與安全運(yùn)行。其三路汽源分別是：輔助蒸汽、主汽輪機(jī)四段抽汽與主汽輪機(jī)高壓排汽。給水泵汽輪機(jī)啟動(dòng)階段采用輔助蒸汽供汽，正常運(yùn)行時(shí)，在負(fù)荷105 MW 至350 MW 之間，采用主汽輪機(jī)四級(jí)抽汽作為正常汽源，而在機(jī)組高負(fù)荷、高背壓，又或是當(dāng)給水泵汽輪機(jī)與給水泵出力下降時(shí)，主汽輪機(jī)高壓排汽汽源介入，提供高于主汽輪機(jī)四級(jí)抽汽壓力的汽源，以保證機(jī)組可接帶高負(fù)荷。其三路汽源的管道布置見圖1。

圖1 管道布置

該廠自2019 年4 月起，給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道發(fā)生管道開裂，造成高溫蒸汽泄漏，對(duì)安全生產(chǎn)產(chǎn)生了不良影響。對(duì)管道開裂造成泄漏的時(shí)間段進(jìn)行進(jìn)汽參數(shù)調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)超壓、超溫運(yùn)行情況；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，管道支吊架等安全附件均完好；給水泵汽輪機(jī)的振動(dòng)、瓦溫等參數(shù)均正常；查閱安裝資料，進(jìn)汽管道的到貨驗(yàn)收流程、合格證等齊全，未發(fā)現(xiàn)任何會(huì)造成管道開裂的因素。

1 給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道開裂的原因分析及要因確認(rèn)

通過(guò)對(duì)該廠給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道發(fā)生開裂的問(wèn)題進(jìn)行分析與總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)開裂管道裂紋情況與運(yùn)行參數(shù)收集，進(jìn)行分析研究。

1.1 給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道內(nèi)存在介質(zhì)溫度變化頻繁情況

通過(guò)該廠SIS 監(jiān)控系統(tǒng)，調(diào)取給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行期間的各項(xiàng)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，參數(shù)有異?，F(xiàn)象的為給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道內(nèi)蒸汽壓力與溫度，雖然未發(fā)現(xiàn)超溫、超壓現(xiàn)象，但存在進(jìn)汽壓力在0.7 MPa 至1.1 MPa之間變動(dòng)，溫度在280 ℃至340 ℃之間變動(dòng)，變動(dòng)頻率最多為8 次/日的問(wèn)題。此現(xiàn)象因自2019年4 月起，火電機(jī)組執(zhí)行深度新能源消納，執(zhí)行期間，機(jī)組負(fù)荷最低降至140 MW，而給水泵汽輪機(jī)因機(jī)組負(fù)荷變化，汽源需進(jìn)行不斷切換。前文提到，給水泵汽輪機(jī)汽源在機(jī)組負(fù)荷105 MW 至350 MW之間時(shí)，采用主汽輪機(jī)四級(jí)抽汽作為正常汽源，而在機(jī)組高負(fù)荷、高背壓，又或是當(dāng)給水泵汽輪機(jī)與給水泵出力下降時(shí)，主汽輪機(jī)高壓排汽汽源介入，提供高于主汽輪機(jī)四級(jí)抽汽壓力的汽源。但參考三路汽源的參數(shù)，主汽輪機(jī)高壓排汽汽源介入后的壓力變化屬于正常變動(dòng)，溫度變動(dòng)不符合設(shè)計(jì)要求，主汽輪機(jī)四級(jí)抽汽與主汽輪機(jī)高壓排汽設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度一致，不應(yīng)出現(xiàn)溫度大幅度變化情況。造成給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道內(nèi)介質(zhì)溫度變化頻繁的原因，判斷為主汽輪機(jī)高壓排汽溫度異常降低。三種汽源運(yùn)行參數(shù)見表1。

表1 汽源運(yùn)行參數(shù)

1.2 主汽輪機(jī)高壓排汽汽源溫度下降情況

通過(guò)對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)主汽輪機(jī)高壓排汽汽源溫度受到高壓旁路汽源影響，溫度由設(shè)計(jì)溫度350 ℃降至280 ℃左右。經(jīng)調(diào)取參數(shù)分析，主汽輪機(jī)高壓排汽自主汽輪機(jī)排出后，溫度為330 ℃，壓力為4.0 MPa，一路經(jīng)BDV（事故排放閥）排至凝汽器，現(xiàn)場(chǎng)檢查BDV 閥嚴(yán)密；經(jīng)二級(jí)抽汽輸送至#2高加，此管路正常；與高旁旁路閥后蒸汽匯合，高壓旁路閥后壓力為4.0 MPa，溫度為224 ℃，匯合后的蒸汽溫度260 ℃，壓力4.0 MPa，排入鍋爐再熱器，此時(shí)主汽輪機(jī)高壓排汽至給水泵汽輪機(jī)汽源溫度受到影響，出現(xiàn)溫度異常下降情況。其汽源的管道布置見圖2。

圖2 管道布置

1.3 減溫水內(nèi)漏造成主汽輪機(jī)高壓排汽汽源溫度下降

主汽輪機(jī)高壓排汽自主汽輪機(jī)排出后溫度，與至鍋爐再熱器溫度，偏差70 ℃，影響給水泵汽輪機(jī)汽源溫度由340 ℃降至280 ℃。經(jīng)對(duì)SIS 系統(tǒng)溫度參數(shù)調(diào)查，在保證機(jī)組穩(wěn)定條件下進(jìn)行試驗(yàn)，關(guān)閉高壓旁路閥的減溫水關(guān)斷門與調(diào)節(jié)門后，高壓旁路閥前溫度563，閥門后溫度未發(fā)生變化。若溫度升高，則證明高旁閥內(nèi)漏，高溫蒸汽通過(guò)高壓旁路閥內(nèi)漏至閥后，溫度應(yīng)緩慢升高，試驗(yàn)證明，高壓旁路閥嚴(yán)密。在高壓旁路閥的減溫水關(guān)斷門與調(diào)節(jié)門關(guān)閉狀態(tài)下，拆卸閥后遠(yuǎn)傳測(cè)點(diǎn)活接頭，有減溫水噴出，判斷出，高壓旁路閥嚴(yán)密無(wú)泄漏，但高壓旁路閥減溫水輕微內(nèi)漏。由于SIS 系統(tǒng)中減溫水調(diào)門開度始終保持全關(guān)位，前期未判斷出其存在內(nèi)漏現(xiàn)象。減溫水來(lái)源于高壓給水系統(tǒng)的出口管段，該管段高壓給水系統(tǒng)水溫在185.6 ℃左右，溫度與主汽輪機(jī)高壓排汽溫度下降后溫度相符，再次通過(guò)由減溫水來(lái)源溫度與排汽溫度下降對(duì)比確定其存在內(nèi)漏。減溫水內(nèi)漏，造成高壓旁路閥后蒸汽內(nèi)有冷卻水參與，導(dǎo)致溫度下降，最終造成主汽輪機(jī)高壓排汽至給水泵汽輪機(jī)汽源溫度偏低。汽源運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 汽源運(yùn)行參數(shù)

1.4 汽源溫度變化造成進(jìn)汽管道金屬性能下降

因機(jī)組負(fù)荷調(diào)整，給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽汽源在主汽輪機(jī)四級(jí)抽汽與主汽輪機(jī)高壓排汽汽源之間頻繁切換，而主汽輪機(jī)高壓排汽溫度受到減溫水內(nèi)漏影響下降，造成給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度在280 ℃至340 ℃之間頻繁變化，影響進(jìn)汽管道的金屬性能。給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道采用規(guī)格?219×7 mm 的無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為20#鋼，該規(guī)格材質(zhì)管道可承受壓力2.5～4.0 MPa，可承受溫度-20～425 ℃【1】，壓力與溫度符合設(shè)計(jì)，但金屬材料處于不同溫度環(huán)境下，其性能將發(fā)生一系列變化。在高溫下，金屬原子間的自由電子獲得了外界能量，活動(dòng)范圍擴(kuò)大，粘接力減小，易產(chǎn)生晶格錯(cuò)位，并且產(chǎn)生氧化現(xiàn)象，許用應(yīng)力降低，而在溫度下降時(shí)，材料的原子自由電子活動(dòng)能力和粘接力減弱，使金屬呈現(xiàn)脆性，降低沖擊韌性。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)開裂的管道發(fā)現(xiàn)，管道開裂的初始位置，在管道的焊接部位與溫度測(cè)點(diǎn)位置，其位置經(jīng)過(guò)開孔、打磨、焊接后，金屬?gòu)?qiáng)度稍弱于管道其他位置，溫度變化對(duì)其的影響大于其他位置，產(chǎn)生了薄弱點(diǎn)，在溫度頻繁變化的情況下，發(fā)生了氧化脫落、晶格錯(cuò)位、沖擊韌性降低、管壁減薄現(xiàn)象，造成承受不住管道介質(zhì)壓力、發(fā)生開裂的現(xiàn)象【2】。

2 給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道發(fā)生開裂的解決對(duì)策及實(shí)施

通過(guò)對(duì)該廠給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道發(fā)生開裂的問(wèn)題原因進(jìn)行分析后，得出結(jié)論，造成給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道發(fā)生開裂的主要原因是：高壓旁路減溫水閥門內(nèi)漏，造成旁路蒸汽溫度下降，影響主汽輪機(jī)高壓排氣溫度，加上新能源消納、機(jī)組負(fù)荷頻繁變動(dòng)，與給水泵汽輪機(jī)性能下降，給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽汽源在四級(jí)抽汽與高壓排汽之間頻繁切換，導(dǎo)致管道內(nèi)介質(zhì)溫度變化頻繁，影響了管道金屬性能，最終造成管道泄漏。采取如下措施予以解決。

2.1 修復(fù)內(nèi)漏閥門，保證汽源參數(shù)穩(wěn)定

高壓旁路減溫水閥門內(nèi)漏，間接造成了給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度變化，導(dǎo)致了進(jìn)汽管道發(fā)生泄漏。并且，減溫水閥門內(nèi)漏，更直接的影響了鍋爐再熱器入口蒸汽的溫度降低，使再熱器需增加煤耗，提高蒸汽溫度。結(jié)合年度機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，對(duì)減溫水閥門進(jìn)行了解體、研磨、加工等常規(guī)檢修工藝進(jìn)行修復(fù)，在閥門嚴(yán)密性檢查合格后進(jìn)行回裝。檢修后試驗(yàn)，高壓旁路閥后溫度正常，高壓排汽溫度正常，給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度在高壓排汽汽源介入后，穩(wěn)定在340 ℃。

2.2 恢復(fù)給水泵汽輪機(jī)性能，保證四級(jí)抽汽單一汽源可接帶高負(fù)荷

對(duì)8 臺(tái)給水泵汽輪機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)，其#1機(jī)組與#4 機(jī)組的給水泵汽輪機(jī)性能下降，僅依靠四級(jí)抽汽汽源供汽，無(wú)法保證機(jī)組高負(fù)荷工況。2020年10 月，結(jié)合#1 機(jī)組檢修，對(duì)#1 機(jī)組2 臺(tái)給水泵汽輪機(jī)進(jìn)行了揭缸檢修、汽封間隙調(diào)整、閥門重疊度檢查、給水泵芯包返廠維修等工作，恢復(fù)了給水泵組的性能。檢修后試驗(yàn)評(píng)價(jià)，#1 機(jī)組2 臺(tái)給水泵汽輪機(jī)可依靠四級(jí)抽汽單一汽源供汽，高壓排汽不介入，可保證機(jī)組能接帶340 MW 負(fù)荷，給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道內(nèi)蒸汽穩(wěn)定在340 ℃。

2.3 調(diào)整運(yùn)行方式，單臺(tái)機(jī)組采用汽源隔離方式，使兩臺(tái)給水泵汽輪機(jī)用單一汽源接帶

該廠#4 機(jī)組，近期無(wú)機(jī)組檢修計(jì)劃，給水泵汽輪機(jī)性能無(wú)法恢復(fù)，減溫水閥門內(nèi)漏無(wú)法隔離處理，采用運(yùn)行操作調(diào)整方式解決汽源溫度變化問(wèn)題：將A 給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽系統(tǒng)中的四級(jí)抽汽電動(dòng)門關(guān)閉，開啟門后疏水門判斷電動(dòng)門嚴(yán)密后，開啟高壓排汽至給水泵汽輪機(jī)供汽電動(dòng)門，僅依靠高壓排汽供汽供給A給水泵汽輪機(jī)；同時(shí)，采用相反的方式，僅依靠四級(jí)抽汽供給B小機(jī)；使單臺(tái)機(jī)組的兩臺(tái)給水泵汽輪機(jī)采用單一供汽汽源運(yùn)行，保證進(jìn)汽溫度穩(wěn)定。此方式僅作為臨時(shí)方案，在具備條件后，仍需對(duì)給水泵汽輪機(jī)性能進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)內(nèi)漏閥門進(jìn)行處理。

3 實(shí)施效果

實(shí)施后，該廠3 臺(tái)機(jī)組給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道溫度穩(wěn)定在340 ℃，#4 機(jī)組A 給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度穩(wěn)定在280 ℃，B 給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度穩(wěn)定在340 ℃，至今再未發(fā)生過(guò)給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道泄漏問(wèn)題，給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道開裂問(wèn)題得到解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)對(duì)該廠給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道開裂問(wèn)題的原因分析與處理，有效地解決了給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度變化對(duì)進(jìn)汽管道的金屬性能的影響?；痣姍C(jī)組系統(tǒng)、設(shè)備繁多，各種問(wèn)題的原因諸多，查找分析產(chǎn)生問(wèn)題得原因是解決問(wèn)題的根本。通過(guò)分析與處理過(guò)程中的實(shí)踐和總結(jié)，針對(duì)閥門內(nèi)漏造成的介質(zhì)溫度變化，進(jìn)而影響管道金屬性能的問(wèn)題，制定了相應(yīng)的處理方案，對(duì)于其他同類型問(wèn)題，此方案有參考作用。