汽轮机抽汽管道膨胀节破裂事故原因分析与预防

1、 汽轮机抽汽管道膨胀节破裂事故原因分析与预防 【摘要】本文以华润常熟电厂1号机组抽汽管道波纹管膨胀节破裂事故为例，通过运行参数的变化分析事故原因，从膨胀节的设计、安装以及机组运行方式等多个角度分析波纹管膨胀节破裂的原因，同时，制定了预防此类事故发生的防范措施，对同类型机组具有很好的借鉴意义。【关键词】抽汽管道 膨胀节 应力1. 概述华润电力(常熟)有限公司1号机组为东方汽轮机厂引进日立技术生产制造的超临界压力汽轮机组(型号cln 600-24.2/538/566), 机组5段抽汽、6段抽汽均从汽轮机低压缸底部抽出，5段及6段抽汽管道从凝汽器内部穿出，穿过凝汽器外壁后接至5/6号低加。由于汽轮机

2、低压段抽汽部分管道布置在凝汽器内部，不利于抽汽管道的检查，而凝汽器内部的抽汽管道发生故障时，通常不易直接判断，这也给类似的事故判断和处理带来了一定困难。2. 事故现象与处理1. 事故现象某日，该机组5瓦/6瓦振动均出现不正常的上涨，尤其是5瓦/6瓦的瓦振上涨幅度较大，5瓦瓦振由29m上涨至84m，6瓦瓦振由20m上涨至70m，而此时机组负荷较为平稳。同时，现场检查发现汽轮机b侧低压缸凝汽器处有较为明显的汽流波动声音，现场噪音较故障前明显变大，判断为b侧低压缸凝汽器内部出现故障。发生故障后，运行人员尝试通过降低负荷、降低机组真空来控制机组5瓦/6瓦振动，但是发现振动与机组负荷相关性不大，而与机组

3、真空相关性较大。最终，将机组负荷稳定在500mw，真空由-97kpa降低至-90kpa后，机组振动恢复至正常值。通过对于事故发生前后汽轮机抽汽参数的数据分析，发现在同样500mw负荷的情况下，机组5段/6段/7段抽汽温度和压力均有较为明显的变化，5段抽汽温度由255降至245、压力由0.19mpa降至0.16mpa, 6段抽汽温度由177降至168、压力由0.064mpa降至0.061mpa, 7段抽汽温度由139降至128(12天为83)、压力由0.00864mpa降至-0.0047mpa（12天后为-0.1 mpa）,5/6/7段抽汽温度变化较为明显，均下降了10。通过抽汽温度及压力的变化

4、，初步判断为抽汽管道波纹管膨胀节破损。而机组经过10天左右的稳定运行后，7段抽汽温度开始发生明显变化，在随后的2天时间内 ，7段抽汽温度由128逐步下降至83，说明凝汽器内部抽汽管道故障情况正在不断恶化。2. 事故处理及原因分析在有了较为充分的判断后，立即申请停运机组，进入凝汽器内部检查，检查发现b低压缸内5段抽汽管道垂直方向波纹管膨胀节和7段抽汽管道膨胀节破裂（见图1），从凝汽器内部抽汽管道布置情况进行分析，由于在凝汽器内部5段抽汽管靠近7段抽汽管道。当5段抽汽管道垂直方向膨胀节破裂后蒸汽直接喷射至7段抽汽管道膨胀节，长期冲刷最终导致7段抽汽管道发生破裂。利用停机时间，对其他波纹管膨胀节进行

5、检查，发现低压缸内部部分膨胀节也存在局部裂纹的情况，立即更换破损的波纹管膨胀节并对存在裂纹的膨胀节进行修复。机组再次启动运行后，机组振动、抽汽温度和压力恢复正常值。图1：5段（左图）和7段（右图）抽汽管道膨胀节3. 波纹管膨胀节破裂原因分析汽轮机组波纹管膨胀节的作用是用于补偿因连接件热应力及机组振动附加应力等引起的机组位移，一般采用较薄的不锈钢板材制成。膨胀节的可靠性主要是通过设计、制造、安装、运行管理等多个环节来保证的，任何一个环节的失控都会导致其寿命降低甚至失效。结合该机组的运行情况及现场安装布置方式，对膨胀节破裂的原因进行分析：1. 该机组已投运15年且从未发生膨胀节破裂事故，说明管道的

6、设计和安装没有问题，但该机组在抽汽管道外部增加了具有隔热、防冲刷功能的外护板，导致机组检修时无法对膨胀节进行检查，使得膨胀节长期处于缺乏监督检查的状态。2. 该断裂的膨胀节处于垂直方向而非水平方向，垂直方向的膨胀节相对来说更易受到机组启停机冷热膨胀应力和机组振动应力的影响，在长期交变应力的作用下膨胀节出现裂纹，由于检修时缺乏对膨胀节的检查，导致膨胀节在蠕变过程中由量变演变为质变，从而发生爆裂。4. 预防措施针对上述的波纹管膨胀节破裂原因分析，可制定以下措施预防类似的事故发生：1. 拆除或优化抽汽管道外护板：有些机组为了增加机组的经济性，对低压缸内的抽汽管道增加了防护板，这样不利于机组检修时对膨

7、胀节进行检查，从设计上来讲增加防护板的意义并不大，反而增加了隐患，如防护板脱落容易导致凝汽器下部的不锈钢换热管破损。2. 做好抽汽管道膨胀节检修台账：由于膨胀节的特殊作用，使得膨胀节在机组运行中属于易损件，随着机组运行年限的增长和负荷波动的增大，对于膨胀节的损伤也更加严重。因此，有必要在机组检修时对膨胀节进行金属检测，甚至定期更换膨胀节。3. 在安装方面，一定要注意膨胀节的安装质量，对于不能承重的膨胀节必须单独进行吊装，安装过程中禁止采用膨胀节变形的方法来调整管道偏差，在安装时还需要注意对膨胀节表面的防护，防止火星及机械伤害损伤膨胀节表面。4. 对于新安装的机组，在机组首次检修时，应注重膨胀节

8、波纹管的检查，因为在低压缸内的抽汽管道存在膨胀死点，如果因为管道设计不合理或膨胀节选型错误，很容易造成膨胀节的过快疲劳损坏，而新投运的机组如果刚投运1-2年就发生膨胀节裂纹等现象，说明设计存在问题，需要对低压缸内的管道进行重新设计。5. 结束语随着国内火电机组深度调峰的推广，火电机组负荷变化以及机组启停次数较之前更为频繁，这对于抽汽管道的波纹管膨胀节的疲劳损伤更为严重，这就要求我们对于膨胀节的检查要比之前更加完善。对于新安装机组，应尽早对波纹管膨胀节进行全面检查，以确保安装及设计方面没有问题；对于负荷波动较大的机组，应加大对于波纹管膨胀节的检查频次；对于投运时间较长的机组，应做好膨胀节的检查台账，必要时更换波纹管膨胀节。参考文献：1杨明