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(hào)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(jí)抽汽由中壓第3級(jí)后抽汽口接出，管 徑?273×9 mm、材 質(zhì)12Cr1MoVG，為3 號(hào)高壓加熱器提供汽源；其3 號(hào)高壓加熱器型號(hào)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(shuō)明書，汽輪機(jī)中壓第3級(jí)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(xiǎn)評(píng)估報(bào)告》及《強(qiáng)度計(jì)算書》，3號(hào)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(jí)抽汽管道系統(tǒng)圖要求，三級(jí)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(jí)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(guò)453 ℃的上限溫度。

該廠2號(hào)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(jí)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(shí)，三級(jí)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(dòng)，溫度已超過(guò)三級(jí)抽汽上限。2020 年12 月15 日，三級(jí)抽汽溫度以非常緩慢的趨勢(shì)上升至484 ℃（最大值），已超出三級(jí)抽汽管道的上限溫度31 ℃。2021年1月28日，三級(jí)抽汽溫度達(dá)到490 ℃，已超出三級(jí)抽汽管道的上限溫度37 ℃。

（1）三級(jí)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(jí)抽汽管道目前溫度已達(dá)490 ℃，且仍有緩慢上升趨勢(shì)，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(cuò)位、許用應(yīng)力降低、沖擊韌性降低，發(fā)生管道開(kāi)裂、高溫蒸汽泄漏情況，嚴(yán)重影響生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全運(yùn)行條件。

（2）三級(jí)抽汽管道為高壓加熱器提供蒸汽汽源，在汽源溫度超過(guò)加熱器筒體與內(nèi)部管束承受溫度時(shí)，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(huì)造成加熱器筒體開(kāi)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(jí)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(wú)法在線處理，必須進(jìn)行緊急停機(jī)處理，且處理過(guò)程必須經(jīng)過(guò)系統(tǒng)放水、設(shè)備降溫過(guò)程，至少需要3 至5 個(gè)工作日，按照該廠機(jī)組額定工況，將至少造成680 萬(wàn)元至1134 萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失。

綜上所述，三級(jí)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(jí)抽汽由中壓第3 級(jí)抽汽口排出，三級(jí)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(jí)抽汽口溫度在設(shè)計(jì)時(shí)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(huì)很大，該級(jí)抽汽溫度高，最有可能是有高于該級(jí)抽汽溫度的蒸汽泄漏至汽輪機(jī)夾層，與三級(jí)抽汽混合后，造成三級(jí)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(wú)法準(zhǔn)確判斷，追述前次計(jì)劃性A級(jí)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(guò)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(guò)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(shí)無(wú)法安排A 級(jí)檢修對(duì)可能造成漏汽的部位進(jìn)行檢查處理，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(jí)抽汽降溫的臨時(shí)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(jí)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(jí)抽汽管道系統(tǒng)圖》與《低溫再熱蒸汽管道系統(tǒng)圖》說(shuō)明，二級(jí)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(cè)溫度、壓力，與設(shè)計(jì)值相符，壓力高于三級(jí)抽汽壓力、溫度低于三級(jí)抽汽溫度，管道材質(zhì)與三級(jí)抽汽管道一致，冷卻汽源可采用二級(jí)抽汽系統(tǒng)蒸汽或低溫再熱蒸汽系統(tǒng)蒸汽。

通過(guò)對(duì)比二、三級(jí)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(jiàn)表1。

表1 混溫效果

按照鍋爐安全技術(shù)規(guī)程，二、三級(jí)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(kāi)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(kāi)孔改造條件。通過(guò)核對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管道布局，該廠決定選取三級(jí)抽汽電動(dòng)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(jí)抽汽氣動(dòng)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(lái)源選取二級(jí)抽汽電動(dòng)門后與低溫再熱蒸汽管道電動(dòng)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(jí)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(guò)程中，首先需確認(rèn)二、三級(jí)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(wú)泄漏，否則無(wú)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(jí)一致、溫度等級(jí)一致。再次，汽源管道安裝完成后，在冷卻汽源投入過(guò)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(jí)抽管道壓力與溫度變化，控制冷卻汽源的閥門應(yīng)小開(kāi)度、緩慢開(kāi)啟，在系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定的情況下，逐步開(kāi)大閥門，直至三級(jí)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(jí)抽汽與低溫再熱蒸汽的疏水管道作為冷卻汽源，引入三級(jí)抽汽系統(tǒng)，通過(guò)生產(chǎn)安全操作緩慢投入冷卻汽源，使冷卻汽源與三級(jí)抽汽蒸汽混合，將三級(jí)抽汽溫度由490 ℃降至455 ℃，接近三級(jí)抽汽溫度設(shè)計(jì)值，從而降低和改善三級(jí)抽汽至3 號(hào)高壓加熱器進(jìn)汽溫度長(zhǎng)期超溫的情況，避免了超溫造成的壓力管道和壓力容器過(guò)熱損傷，使三抽管道和3 號(hào)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(yǔ)

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(duì)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(jià)，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(hào)機(jī)組三級(jí)抽汽溫度升高改造措施執(zhí)行后，效果良好。