600MWe机组汽轮机三段抽汽管道强度计算浅析

谢旭阳

安徽华电宿州发电有限公司 安徽 宿州 234101

0 概述

某电厂一期工程安装两台600MW超临界燃煤汽轮发电机组。汽轮机为上海汽轮机有限公司引进生产的美国西屋公司技术汽轮机，型号为N600-24.2/566/566。汽轮机型式为超临界、单轴、三缸、四排汽、中间再热、凝汽式，原始设计额定功率为600MW，最大连续处理为648MW，两台机组分别于2007年9月、11月投产发电，2010年机组扩容至630MW。高压加热器为东方锅炉集团有限公司生产，型号为JG-1700-3，为卧式布置，全焊接、U形管管板式结构。

1 630MW工况汽轮机抽汽参数

某电厂#1、#2机组采用上海汽轮机厂成熟可靠机型，该机型带负荷能力强。机组通流能力、强度设计均能满足630MW机组连续运行要求，机组扩容后运行参数如下：

由下表可以看出，#1机组刚进行完机组大修工作，抽汽参数正常。#2机组高压抽汽参数均存在不同程度的超标，尤其是#3高压加热器，抽汽温度达到505.7℃，严重超出设计值要求。通过对汽轮机本体结构进行分析，判断中压缸进汽活塞环泄漏。#2机组长期运行时间较长，#3高加投入时，三抽瞬间温度达到540℃，活塞环失效造成中压蒸汽泄漏至三抽蒸汽腔室，造成三抽温度三次爬升。

图1 三抽压力变化曲线

#2机组#3抽汽温度爬升至520℃以来，#3高压加热器正常疏水调门堵塞，经判断为流动加速腐蚀后对阀笼轻微堵塞。同时#3高加至除氧器正常疏水管道顶峰负荷下振动明显，高加疏水温度基本上是三抽对应压力下的饱和温度，本体连续排汽管道和除氧器相连通，三抽蒸汽在#3高加疏冷段凝结成水，#3高加本体汽侧压力低于三抽压力。机组高负荷时#3高加正常疏水管道汽水两相比较严重，现场支吊架维护不合理，#3高加正常疏水管道振动加剧。现场通过提高高加水位和治理支吊架手段，保证三抽管道振动恢复正常值。

表1 630MW机组高压抽汽参数情况

表2 汽轮机抽汽管道情况

图2 三抽温度爬升曲线

2 抽汽管道焊口材质及规格

汽轮机抽汽管道台账如表2：

由上表可以看出，#1机组高压抽汽参数正常。#2机组高压抽汽参数在630MW工况下，一段、二段、四段抽汽均不超出设计值要求，#2机组#3抽汽管道温度超出设计值要求。

3 抽汽管道强度计算浅析

由参数可知，620MW工况下#2机组三抽温度超过设计值，三抽参数是否对管道及元件造成影响，需要进行有关计算。管道强度计算的目的是使设计的产品具有足够的强度，以保证产品在设计使用寿命内的安全性和可靠性。管道强度计算有两个方面内容：元件强度和系统强度。炉筒、集箱和管子等元件承受工质压力和附加载荷的作用力，这些元件称为受压元件。受压元件的强度是指该元件在上述载荷的作用下，额定的工作寿命期限内不失效的能力。

4 #3高压加热器管束强度浅析

三段抽汽超温的主要影响如下：直接影响设备筒体的强度，危害设备的安全运行，有引起高加筒体破坏的风险；影响高加的热平衡，带来其温度场、流场的改变，引起高加的换热性能改变，要以实际的运行工况重新评估高加的性能；瞬间超压、超温会对高加产生额外的热冲击，增大温差应力水平，易引起结构上的破坏。需要额外关注高加筒节和管板之间是否存在裂纹，尤其是在中部；会对高加的寿命造成一定影响。

高压加热器的强度计算，根据热力计算确定传热面积、U形管的数量及长度、并确定蒸汽冷却段、凝结段及疏水冷却段各段传热面积、管束隔板（折流板）布置位置及外形尺寸。根据强度计算和材料性能确定水室封头、筒节壁厚，壳侧筒节、筒身、封头壁厚及管板厚度、U形管、接管等壁厚与规格。因换热管内有相对温度较低的给水存在，换热管的管壁实际是低温的，其强度是满足要求的。筒节的强度方面，根据提供的初步参数，三号高加超温严重，筒节（15CrMoR）材料的许用应力下降非常显著，若其压力在同一时刻超限的话，设备本身来讲是不安全的，必须对系统进行整改。考虑到目前未发现其同时超限，需加强观测，确定其实际超温和超压情况的对应关系。

5 高压加热器涡流检测及预防性堵管

#2机组#3高压加热器共泄漏六次，其中运行期间隔离检漏三次，共堵管61根（上下水室共122个堵头，其中不包括本次的24根）。以本次管束泄漏为例，本次泄漏区域独立（与原泄漏区域间隔四排管束），经压缩空气检漏共7根管子泄漏。管束泄漏均为水室顶部管束，且高加汽侧充入压缩空气时上水室漏气较多，初步分析为蒸汽入口防护板对管束保护不够。因此，对水室上两排管束进行预防性堵管，以避免运期间解列高加，堵管31+32+33+96根。

图3 #3高压加热器堵管示意图

高压加热器治理后续措施：参考GB/T 7735-87《钢管涡流探伤方法》，利用小修对钢管进行涡流探伤，缺陷深度超过50%壁厚的进行堵管，机组小修割断蒸汽入口管道，对蒸汽防护板进行检查，#3高加管束受高温腐蚀严重，考量高加蒸汽管束增加喷水减温改造的可行性与经济性。

6 总结

600MW汽轮机三抽温度超温至520℃，温度曲线爬升三次，原因活塞环失效造成中压蒸汽泄漏至三抽蒸汽腔室。通过对三抽管道元件和高压加热器管道强度的分析和计算，得出三抽管道及元件设计余量足够，不会造成炉外管泄漏。同时，对#3高压加热器采取预防性堵管等一系列临时手段，保证里管道及设备安全，保证机组安全稳定运行。

［1］GB/T 9222-2008水管锅炉受压元件强度计算［S］.北京：中国标准出版社，2008.