江苏核电有限公司
摘要：某核电站2号机组在运行中发现汽轮机高压缸局部中分面存在漏汽现象，需及时进行处理。本文简要概述高压缸运行参数及设备结构，介绍缺陷检查情况及潜在后果，从设备因素和检修因素两方面分析可能造成漏汽的原因。大修期间，通过中分面修复消除较大的密封面间隙等五项检查处理措施，最终成功解决了高压缸中分面局部漏汽缺陷。
关键词：核电；汽轮机；高压缸；中分面；漏汽
1.前言
某核电站1、2号机组汽轮机为俄罗斯LMZ厂生产的K-1000-60/3000型凝汽式汽轮机。汽轮机包含1个高压缸和4个低压缸。高压缸额定进汽压力5.88MPa，额定进汽温度274.3℃，额定蒸汽流量5373t/h。高压缸为下猫爪支撑方式，四个猫爪落在前后轴承座上。高压缸为水平中分面，内外双层缸结构，中分面均采用汽缸密封脂密封，汽缸材质为06Cr12Ni3Cu。高压缸进汽口位于外下缸底部，四个进汽口在缸内混合成一个汽室。
2017年10月13日，2号机组满功率运行，巡检发现高压缸右侧存在滴水情况。
2.缺陷描述及潜在后果
发现缺陷后，现场通过热成像仪检测，在高压缸右侧中段发现一处保温表面温度高达90℃，较其它位置高约40℃，疑似存在蒸汽泄漏。对该处进行检查，发现保温潮湿，并伴有水珠滴落。据此判断，高压缸右侧中段中分面存在蒸汽泄漏，蒸汽在保温中凝结成水后滴落。经查阅维修记录，该处的漏汽现象自机组安装调试以来时有发生。
此次发生漏汽现象如不能及时处理，可能造成以下后果：
（1）蒸汽泄漏，过往人员有烫伤风险；
（2）蒸汽泄漏时对中分面形成冲刷，可能造成密封面受损；
（3）蒸汽泄漏，影响机组效率。
3.原因分析
高压缸体积庞大，结构复杂，除承受内外压差与缸内构件的静载荷外，还承受沿径向、轴向由于温度分布不均而引起的热应力。高压外缸中分面由60颗M100×4的螺栓紧固连接，螺栓的紧固方式为热紧。造成汽缸中分面泄漏的原因很多，设备制造缺陷、机组变工况运行、检修工艺不规范等因素均有可能造成汽缸中分面存在间隙，导致漏汽。机组自商运以来，大部分时间运行在满负荷的额定工况下，运行因素导致的中分面泄漏可能性较小。因此，引起汽缸漏汽的因素可能有以下两方面：
3.1设备因素
（1）汽缸变形。高压缸作为大型铸件，如果浇铸后在型砂内保温时间不够或因铸件热处理温度不够、保温时间不足，回火炉内温度不均，造成铸件内应力未完全消除，经长期运行后，应力释放导致中分面变形，产生间隙。或在制造过程中，中分面已存在轻微的间隙，经长期运行后，间隙变大，造成漏汽。
（2）螺栓变形。中分面螺栓在机组稳定运行时受蠕变载荷的作用，在机组启动、停机和负荷变动过程中受低周疲劳与高温蠕变的交互作用，经长期运行后会产生蠕变松弛，而螺栓松弛效应也会加速汽缸蠕变损伤的发展，导致汽缸中分面密封性能下降，造成漏汽。
3.2检修因素
（1）密封脂选型不当。高压缸检修时严格按照说明书使用汽缸密封脂，密封脂的有效期、型号、质量均符合要求。但如果密封脂选型不当，或者密封脂不是最优选型，可能会导致漏汽。
（2）膨胀间隙不当。内缸和隔板套的挂耳处均设计有一定的热膨胀间隙，如热膨胀间隙小于设计标准，在机组运行过程中，部件膨胀产生热膨胀力，可能会引起汽缸变形，导致漏汽。
（3）汽缸中分面清洁度不合格。中分面间存在微小杂质，造成汽缸密封面存在不可消除的间隙，导致漏汽。
4.检查与处理
根据漏汽原因的分析与运行期间的检查结果判断，高压缸右侧中分面存在一处局部间隙，需在大修期间处理，将高压缸检查维护项目变更为局部解体，增加对高压缸外缸中分面缺陷的检查处理。
4.1间隙检查
解体高压外缸，在高压外上缸下方垫双层枕木并放置铁墩防护以便检查。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目视检查汽缸上、下中分面发现：右侧第13、14颗螺栓间的中分面存在蒸汽泄漏痕迹，该处汽缸密封脂经蒸汽冲刷已消失，汽缸中分面无吹蚀沟痕。使用检测平板对上、下缸面全部推研蓝油检查，发现仅在蒸汽泄漏处存在间隙，该处最大间隙经测量为0.09mm。
4.2处理实施
根据汽缸中分面的检查结果，有必要对上缸进行修复。同时，根据可能造成漏汽原因分析的结果，现场处理实施从以下五方面进行。
4.2.1密封面修复
密封面修复通过补焊后研磨的方法进行。缸面清理干净后，清楚标记出需要补焊的区域，便于焊接人员准确识别。采用氧乙炔火焰预热，温度控制70～100℃。使用镍基合金ERNiCr-3焊丝（直径1.6mm）进行氩弧焊焊接，电流控制在100A左右，以减小母材的稀释。焊接时采用连续焊，焊缝宽度和高度适当控制，后焊道压先焊道的1/3。焊后立即进行锤击，锤击时先锤击焊道中部，后锤击焊道两侧，锤痕应紧凑整齐。冷却至室温后进行宏观检测和PT检测，如发现裂纹，将裂纹全部清除，重新按上述步骤预热焊接敷焊层，直至合格。
PT检测合格后，研磨人员对补焊区域进行研磨处理。研磨时需定期检查研磨质量，测量平面数据，防止磨偏。每次的磨削量不宜过大，以避免表面出现局部凹坑。每研磨一段时间后，需使用刀口尺在密封面的纵向及横向来回检查接触情况，直至研磨合格。研磨完成后使用平板检查研磨质量。检查研磨的平面高点、低点满足工艺要求标准：比基准点低0.01-0.02mm。研磨完成后最终进行PT检验。
4.2.2密封脂选型优化
机组商运以来，高压缸检修一直使用国内某品牌MFZ-3型密封脂。现场使用该型号密封脂过程中存在密封脂粘稠度过高难于涂抹，导致密封脂厚度不均的现象。因此可对密封脂选型进行优化。
通过对MFZ-2型密封脂与MFZ-3型密封脂的参数对比及在实际使用过程中发现，MFZ-3型密封脂粘稠度及硬度明显高于MFZ-2型，使用前需要对其进行加热才能有效涂抹，涂抹厚度不容易控制且均匀程度较差。扣缸时，由于MFZ-3型密封脂刚度偏高，使得缸面贴合过程中密封脂流动补偿性能也偏低。因此，在高压缸中分面修复后不存在较大的变形的前提下，不需要高密度密封脂填充。此外经调研，国内同行电站普遍使用MFZ-2型汽缸密封脂。根据现场使用情况和调研结果，对比各型号密封脂参数特征，经综合考虑和多方论证，将高压缸中分面密封脂型号由MFZ-3型更换为MFZ-2型，并在涂抹时确保均匀。
4.2.3螺栓紧固优化
汽缸中分面螺栓材质为25Cr1MoV，外缸热紧弧长为159.9mm。为避免螺栓蠕变增长造成中分面密封性能下降，对漏汽区域附近的2颗螺栓全部更换，并在安装前对新更换的螺栓进行PT和UT检查。
在此基础上，根据检修经验和汽轮机制造厂关于法兰螺栓紧固的说明，将漏汽部位附近4颗螺栓适当增大热紧弧长（5%-10%），以增加密封效果。
4.2.4膨胀间隙检查
根据维修程序及厂家检修说明书，对汽缸的隔板套挂耳间隙、内缸挂耳间隙等热膨胀间隙进行检查测量，结果显示各热膨胀间隙符合设计标准，该因素排除。
4.2.5中分面清洁度检查
汽缸扣缸前，对上、下缸面进行全面清洁。上、下缸面清洁后，上缸面及螺栓孔使用压缩空气吹扫，下缸面及螺栓孔使用工业吸尘器清洁，并用不起毛的棉白布擦拭。中分面螺栓及其螺母安装前使用压缩空气吹扫。通过上述措施，确保汽缸中分面清洁无杂质。
5.总结
通过中分面修复、更换漏汽处螺栓并增加螺栓热紧弧长、优化密封脂选型与中分面清洁这几项措施，消除了汽缸中分面的间隙。T210大修后机组启动并网至今，机组经历多次启停和变工况运行，高压缸中分面依然密封良好，说明本方案合理可行，取得了预期的效果。本分析处理过程具有一定程度的实用性和可行性，在不解体缸内构件的基础上，解决了高压缸中分面漏汽的问题，消除了机组的安全隐患，提高了设备的可靠性，积累了宝贵的工程经验。本次为同行业、同类型机组今后类似问题的处理提供一定的借鉴作用。
参考文献
[1]薛彦春，俄供核电汽轮机端部密封面漏汽的分析与处理，科技视界，2014（26）：69-71
[2]LMZ，TIGHTENING OF FLANGE CONNECTION FASTENERS FOR THE STEAM TURBINES INSTRUCTION，俄罗斯：LMZ
论文作者:曹政
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年17期
论文发表时间:2019/11/26
标签：中分论文; 汽缸论文; 高压论文; 螺栓论文; 间隙论文; 机组论文; 汽轮机论文; 《建筑学研究前沿》2019年17期论文;