300MW汽轮机高中压缸结合面漏汽的原因及处理办法

300MW汽轮机高中压缸结合面漏汽的原因及处理办法

魏晓东

（大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂河北张家口075133）

摘要：近些年随着机组长周期运行，300MW汽轮机组高中缸结合面的严密性受到了严峻考验，普遍出现汽缸结合面漏汽的现象，影响机组整体经济性的同时又给安全生产带来了极大的隐患。针对以上状况我们仔细分析了汽缸结合面发生泄漏的原因，并结合机组检修和运行过程中的注意事项，提出合理的汽缸结合面漏汽处理方案，从而保证机组安全稳定运行。

关键词：汽轮机高中压缸漏汽分析及处理

1、发电厂汽轮机组简介

我厂拥有8台320MW汽轮机组，其中有6台为亚临界，中间再热，两缸两排汽凝汽式汽轮机组，2台三缸两排汽凝汽式汽轮机组，型号为N320—16.7/537/537型。八台机组均为东方汽轮机厂生产的300MW机型，1990年第一台机组投产运行，2001年8月27日8号机作为最后一台投产运行的机组，标志着我厂汽轮机组全部成功投产运行。随着汽轮机效率、热耗、机组结构优化等因数影响，汽轮机通流改造势在必行，于是在2007年至2012年完成了八台机组的通流改造节能优化工程，进一步提升了机组运行的经济性和可靠性。

2、高中缸结构特征

以5号机组为例，高中压部分采用合缸结构，高中压外缸内装有高压内缸，喷嘴室，隔板套、隔板、汽封等高中压部分静止部件，与转子一起构成了汽轮机的高中压通流部分。

高压内缸进汽端装有4个喷嘴室，每个喷嘴室在周向和竖直方向均有导向健，可以保证自由膨胀和进汽中心不变。

高中压转子为整锻转子，材料为30Cr1mo1V，总长7394mm，总重21387kg。高压部分包括调节级共10级叶轮，中压部分6级叶轮，前后φ360的轴径，与低压转子采用刚性联轴器联结。高压隔板共9级，中压隔板共6级，均采用焊接结构，高压第2-7级隔板装在高压内缸里，第8-10级隔板装在#1隔板套内，中压1-3级隔板装在#2隔板套内，4-6级隔板装在#3隔板套内。高压进汽管4只，上下各2只，分别通过弹法兰固定在外缸上（进汽短节）。

汽轮机高中压缸采用合缸布置方式，结构紧凑，省去了两转子间的轴承和轴承座，有效地缩短了汽轮机的长度。高温区集中在汽缸中部，两端温度、压力较低，对轴承和端部汽封的影响较小。但合缸后结构复杂，动静部分的胀差也复杂化；转子跨距增大从而要求提高转子刚度。

3、汽缸漏汽的原因

1）设计制造因素

由于汽缸是大型铸件，汽缸出厂后都要经过时效处理，存放一些时间，使汽缸在铸造过程中所产生的内应力完全消除，如果时间短，留有残余内应力仍在所难免。当汽缸经过一段时间运行后，残留的内应力和运行中产生的温差应力相互起作用，就会使汽缸变形，这就是为什么汽缸泄漏处理后运行会再次发生泄漏的原因。

螺栓材料抗松弛性能差，不能满足设计运行期限密封要求，或螺栓经长期使用应力松弛进入第三阶段，或弹性极限降至密封应力以下也是造成法兰面漏汽的重要原因。

2）安装、检修因素

汽缸法兰螺栓预紧力不够或短期松弛严重，是造成汽缸结合面漏汽的主要原因。

螺栓组中各螺栓之间紧力严重分配不均匀，紧力高的地方结合面处的涂料或密封垫片压紧而紧力低的地方就会出现缝隙导致泄漏。

由于初紧工艺不当或紧固螺栓的顺序不合理，法兰间隙集中于某处而不能保持汽密性。

汽缸法兰涂料不佳或者涂料层太厚。如涂料内有硬粒杂质，涂刷不均匀或漏涂等；涂料层太厚，当各螺栓紧力不一样时会使涂层厚薄不均匀，从而导致漏汽。

在安装、检修过程中隔板、隔板套、汽封套等膨胀间隙太小，在运行中由于热膨胀力的作用，时汽缸及其法兰产生变形。

3）运行因素

汽轮机运行过程中如果受到快速加热（启动过程中汽缸内壁加热）、急剧冷却（停机降温过快，汽缸内壁受冷）或水冲击及冷气进缸、汽轮机满水等各种恶劣工况，使热应力值大于材料的屈服极限，使汽缸变形，水平法兰结合面上出现间隙。

如果汽缸内壁在启动中温升率过大，则汽缸内壁受到压应力，而汽缸外壁产生拉应力，应力值的大小与沿缸壁厚度、温度梯度及壁面厚度尺寸有关。径向温度梯度及壁面厚度以汽缸法兰处为最大，所以法兰处最先达到屈服极限产生永久变形。一般来讲：启动时由于温升率过大，最后将导致汽缸中段法兰出现内张口，汽缸两头出现外张口；如果停机时温降率过大，最后将导致汽缸中段法兰出现外张口，汽缸两头法兰出现内张口。

4、汽缸漏汽的处理办法

4.1填料法

填料法应用于汽缸变形量比较小，结合面间隙一般在0.50mm以下时。首先要确定汽缸变形量，即空扣上汽缸，在不紧任何螺栓和紧固1／3结合面螺栓的情况下，用塞尺分别测量结合面间隙情况，并做好详细记录。用回火后的铜网作填料，根据汽缸间隙不同，选择不同目数的铜网，用剪刀将铜网剪成与汽缸结合面形状相同的形状，长度根据间隙情况确定。在扣汽轮机上盖时，把这些铜网与汽缸密封脂配合使用，从而起到密封作用。

4.2局部补焊法

这种方法适用于汽缸结合面被汽流冲刷出沟痕或腐蚀出沟痕的情况，清扫汽缸结合面，直到全部见到金属光泽。选择焊条材料，制订焊接工艺，挑选合适的焊工进行补焊，边补焊边用锤子敲击以消除焊接应力。补焊完毕后进行初步打磨，使得密封带与汽缸结合面基本在一个平面上，并用着色法检验焊口有无裂纹。然后涂抹红丹粉，并用大平尺或标准平板进行结合面研刮，研点在85％以上且均匀分布为合格。

4.3随形刮法

当汽缸变形较大，大部分结合面存间隙突出部分的面积不是很大时，可采用随形研刮的方法。其原则是以下汽缸结合为基准，随着下汽缸结合面的形状采取平滑过渡的方法研刮上汽缸结合面。

4.4其他方法

1）机械加工法

2）结合面处加密封带

3）汽缸结合面涂镀

4）提高螺栓的预紧力。

5）选择合理的初紧工艺和螺栓紧固顺序，严格按照制造厂的施工工艺要求进行，防止各螺栓之间紧力分配不均。

6）提高安装质量。提高结合面的加工精度，安装螺栓时，严格控制其垂直度，使其受力均匀，避免局力集中现象。

5、实列分析

我厂5号机组于2011年进行通流改造，大修过程中外上缸结合面北重厂进行了车削找平，回厂后上下缸结合面对研，空扣高中压上外缸测量高中压外缸结合面间隙达1mm，为彻底消除汽缸结合面间隙，对高中压外缸进行研缸处理，处理后空扣上外缸测量结合面间隙小于0.05mm，回装过程严格按照主机说明书的力矩、弧长和顺序要求对汽缸螺栓进行紧固，机组启动后外缸仍存在漏汽现象；2013年机组供热改造时，对机组进行解体检查高中压外缸结合面，发现漏汽痕迹，但汽缸结合面平整度完好，无贯穿性或大面积间隙，结合面间隙符合设计要求。再次启动后依然存在轻微漏汽现象。

而同型机组，我厂的7、8号机组汽轮机高中压缸结合面就不存在泄漏的情况。排除启停机参数、密封带接触、涂料型号等不利因数外，具体对比来看，除汽缸螺栓排布有所不同外，其他无异常。对比发现只有在编号为⑤处的螺栓不同，具体为下缸倒栽丝的两条螺栓：7、8号机为M90×4×535，5、6号机为M76×4×520。分析原因可能为，从M120螺栓到M76螺栓，螺栓尺寸变化太大，同时螺栓的材质发生了变化，其强度系数和膨胀系数发生变化，影响此处螺栓紧固的效果。

2017年大修揭缸检查，漏汽部位得到了进一步证实。故将区域⑤处前两条与区域④过渡的两条倒栽螺栓更换为M90；螺栓紧力适当增加，大修后开机汽缸漏汽现象得到了彻底根治，消除了安全隐患。

6、结论

汽轮机组高中压外缸结合面常年存在漏汽现象，会有部分蒸汽流失，导致系统汽水损失，同时蒸汽未做功就由汽缸结合面泄漏出去，导致机组做功能力下降，降低机组效率，增加机组的汽耗量，影响经济性；高参数蒸汽的泄漏会污染化妆板内环境，导致温度升高，严重的高温高压蒸汽也会烫伤巡检或其他人员，也会导致周边设备温度上升，严重的会损坏设备，存在安全隐患；所以消除汽轮机汽缸结合面泄漏是十分必要的。

参考文献：

[1]汽轮机运行及事故处理化学工业出版社作者纪昌宏

[2]汽轮机设备检修中国电力出版社《火力发电职业技能培训教材》编委会

[3]主机使用说明书东方汽轮机责任有限公司