王晉權，張茂林，樊琦明

（1.山西格盟安全生產咨詢有限公司，山西 太原030006；2.山西京玉發(fā)電有限責任公司，山西 右玉037200；3.山西兆光發(fā)電有限責任公司，山西 霍州031400）

1 機組和設備簡介

某電廠3號機組汽輪機為上海汽輪機廠生產的NZK600-24.2/566/566型超臨界雙缸雙排汽直接空冷凝汽式汽輪機，2009年6月投產。機組設計單低壓缸結構，整個低壓缸由1個外缸、1個內缸組成。低壓轉子為雙流2×6級，對稱反向布置。低壓內缸上半頂部有2個圓形進汽口，與低壓外缸進汽口相匹配；低壓缸有3段抽汽，共8個抽汽口，位于低壓內缸下半底部。低壓缸抽汽口布置見圖1。五段抽汽由低壓內缸下半調閥端靠第2級后抽出；六段抽汽由低壓內缸下半電機端低壓第4級抽出，中心線最外側的4個抽汽口為低壓第5級后抽汽，引至7號低壓加熱器。五段抽汽經第2級后抽出，再由2個支管的垂直分管引出，分管各安裝1個垂直方向的DN500 mm波紋膨脹節(jié)，2個分管合并為1水平母管，母管安裝1個水平方向波紋的DN700 mm膨脹節(jié)，共設計3處支架，其中1處設計與抽汽母管為滑動支撐，穿出排汽裝置后引至5號低壓加熱器。

圖1低壓缸抽汽口布置圖

2 故障過程

2019年6月19日機組負荷400 MW運行，分布式控制系統(tǒng)DCS（distributed control system）畫面報警顯示5號低壓加熱器抽汽逆止門關閉，逆止門前、后疏水門聯(lián)開，抽汽電動門為開啟狀態(tài)，五段抽汽壓力顯示為0。運行人員查閱運行曲線后發(fā)現6月10日五抽壓力由0.191 MPa降低至0.089 MPa，抽汽溫度由238℃降低至222℃，6月19日五抽壓力由0.068 MPa降低至-0.003 MPa，即壓力消失，溫度由207℃緩慢下降至44.3℃，10日至19日期間抽汽溫度由222℃緩慢下降至207℃。經就地檢查后，分析為排汽裝置內五段抽汽管道膨脹節(jié)破裂、泄漏。由于處于迎峰度夏期間，機組不能停機檢查，為了保證汽輪機安全，先將5號低壓加熱器正常疏水切換至事故疏水，然后關閉五段抽汽電動門、逆止門，打開管道疏水門，解列5號低壓加熱器汽側。運行過程中，同等負荷時，汽輪機主蒸汽量增大較多，機組經濟性降低。

2019年9月30日機組調峰停運，檢查發(fā)現五段抽汽2個分管膨脹節(jié)破裂，呈碎片狀跌落于排汽裝置底部；母管膨脹節(jié)波紋破裂，母管靠近第二個分管處焊縫斷裂，母管與第二個分管連接處有一長1 000 mm縱向裂縫；2個分管及母管斷裂部分呈傾斜狀。抽汽管道及排汽裝置內支撐管因蒸汽沖刷，留有大量沖刷痕跡?，F場檢查抽汽分管及母管斷裂位置見圖2。

圖2抽汽分管及母管斷裂位置示意圖

3 膨脹節(jié)破裂的原因分析及注意事項

2個分管膨脹節(jié)內徑為500 mm，壓力1.6 MPa，溫度≥350℃，雙層波紋，波紋厚度1.5 mm，波數為4波，長度650 mm，材質為1Cr18Ni9Ti；母管膨脹節(jié)內徑為700 mm，壓力1.6 MPa，溫度≥350℃，雙層波紋，波紋厚度1.5 mm，波數為4波，長度780 mm，材質為1Cr18Ni9Ti；抽汽管道材質為20號碳鋼。經停機后進入排汽裝置查看及結合運行數據分析，造成五抽膨脹節(jié)破損[1]及抽汽母管裂紋的原因如下。

a）經現場查看分析，認為故障由母管焊縫處開始，母管焊縫出現裂縫后，部分五段抽汽經過裂縫直接排至排汽裝置，造成DCS顯示五段抽汽壓力降低；同時由于五抽內漏，造成五段抽汽分管流量增加，焊縫前五抽母管通流量增大；且2個分管中抽汽在此處汽流方向突然改變90°，蒸汽流向改變加上蒸汽流速增加，蒸汽的沖擊作用會對抽汽母管產生更為強烈的沖擊振動[2]，同時結合五抽母管的支撐方式，此處管道處于懸空狀態(tài)，管道振動現象會更加嚴重。在沖擊力及管道振動作用下，母管焊縫裂紋擴大，最后造成母管徹底斷裂，蒸汽經五段抽汽母管直接排至排汽裝置，5號低壓加熱器進汽管道無蒸汽進入，壓力消失，抽汽逆止門關閉。

b）五抽母管焊縫斷裂后，母管支撐作用減弱，造成抽汽母管下沉，2個分管內通流量加大，在蒸汽作用力和抽汽母管的下拉力作用下，2個分管膨脹節(jié)瞬間破裂成碎片。

c）受電力輔助服務要求，火電機組需采用電網區(qū)域誤差控制運行方式，電網區(qū)域誤差控制方式下機組負荷變動頻繁，抽汽壓力、流量隨負荷變動頻繁，300 MW時五抽壓力為0.126 MPa，600 MW時五抽壓力為0.310 MPa，抽汽流量在45～100 t/h之間變化；抽汽管道內蒸汽流速與流量成正比，由于蒸汽流速頻繁變化，造成抽汽母管焊縫受交變應力作用疲勞而產生裂紋。

為適應電力市場需求，在更換破損膨脹節(jié)及恢復抽汽管道后，必須對抽汽母管支撐進行加固，充分利用排汽裝置內部拉筋作為支撐點，在抽汽母管焊縫處增加支撐點，使抽汽母管有了4處支撐；同時將排汽裝置內部抽汽管道膨脹節(jié)、焊縫作為C修停機檢查項目，以提高抽汽膨脹節(jié)的可靠性。

4 經濟性影響

五段抽汽管道出現故障后，由于機組受迎峰度夏要求，堅持運行了約3個月，通過對400 MW運行工況進行熱力計算，得出了故障前后機組熱力參數變化，并根據等效焓降法，計算了機組經濟性變化。故障前后各段抽汽量變化見表1。

根據再熱機組等效焓降矩陣模型[3-4]，j段抽汽處于再熱熱段之后，其等效焓降的計算公式如下。

表1故障前后各段抽汽量變化

式中，Hj為j級抽汽等效焓降，kJ/kg；hj為j級抽汽焓，kJ/kg；hc為排汽焓，kJ/kg；qr為r級抽汽放熱量，kJ/kg；Ar為r級加熱器吸收量矩陣，kJ/kg；Hr為r級抽汽等效焓降，kJ/kg。

五段抽汽管膨脹節(jié)破裂后，蒸汽經五段抽汽口直接排至排汽裝置。根據表1看出：400 MW負荷下五段抽汽口處漏汽量約為190 t/h，造成汽端七段抽汽量減少，7號低壓加熱器出水溫度降低，六段抽汽量增加；除氧器進口水溫降低，致使高加及除氧器用汽量均增加，除氧器用汽量增加約50 t/h。給水溫度較之前提高3℃左右，汽溫偏高，減溫水用量增加。

五抽抽汽量約190 t/h，根據式（1）計算五抽等效焓降效率，折合造成汽輪機熱耗增加320 kJ/（kW·h），四抽抽汽量增加約50 t/h，根據式（1）計算四抽等效焓降效率，折合造成汽輪機熱耗增加80 kJ/（kW·h）。

綜上，400 MW工況時五段抽汽膨脹節(jié)破裂，影響機組出力約40 MW，造成汽輪機熱耗增加400 kJ/（kW·h），機組發(fā)電煤耗升高13 g/（kW·h）。

5 結論

600 MW汽輪機調峰負荷波動較大，位于排汽裝置內部的抽汽管路膨脹節(jié)、焊縫受抽汽變化、背壓變化影響，承受著較大的拉應力和蒸汽作用力；抽汽膨脹節(jié)破損會造成機組效率降低，能耗大幅增加，嚴重影響機組的經濟穩(wěn)定運行，且漏汽直排排汽裝置沖刷設備及管路，長時間運行易造成設備損壞。建議在安裝階段加強膨脹節(jié)驗貨、安裝質量控制，同時將抽汽管路膨脹節(jié)及其附近焊縫列入機組定期檢查項目。