汽轮机中低压连通管膨胀节爆破原因分析及预防.pdfVIP

汽轮机中低压连通管膨胀节爆破原因分析及预防 1、概述 汽轮机连通管是中压缸排汽流向低压缸，做为低压进汽的通道，由吓 腰管和平衡补偿管两部分组成，吓腰管与中压排汽口相接，平衡补偿管中 部有一个向下的管口与低压进汽管相连接，中低压接口均采用刚性法兰连 接。 在平衡补偿管的前端设有直径为φ 1430mm、波数 5 波的不锈钢波纹管， 以吸收连通管和机组的热态时的轴向热膨胀。在平衡补偿管的后端设有带 波纹管的平衡室，以平衡连通管蒸汽产生内压推力和热膨胀位移力，额定 工况下蒸汽产生的内压推力和热膨胀位移力约为 160 吨左右。波纹管直径 为φ 1430mm、波数 5 波、波层 4、每层由 1mm 不锈钢板组成。 平衡补偿管的外端设计安装有连接圆筒连接平衡室的两端，其目的是 为了避免平衡式波纹节不直接承受蒸汽产生内压推力和热膨胀位移力作 用，而是通过连接圆筒来传递。连接圆筒只传递蒸汽的轴向作用力，而不 承受蒸汽的任何压力作用。机组在额定工况下波纹管承受的蒸汽压力为 0.82Mpa、温度 349.9℃。 2、1 号机连通管平衡室波纹节爆裂事故经过 2005 年 6 月 4 日 1 号机组带有功负荷 300MW，汽机侧一声巨响，中低 压连通管平衡补偿管端部平衡室波纹节突然发生爆裂，平衡室及波纹节飞 出并散落到约 15 米远的发电机右侧，随之击出有若干波纹节残片，机组立 即打闸停机。爆裂的平衡室波纹节总重约为 1500kg。 3、设备损坏情况 经事故现场勘查，爆裂部分为连通管平衡补偿管端部平衡室波纹节。 平衡室及波纹节爆裂后严重损坏，局部波纹拉直扭曲变形、连接圆筒护套 焊缝全部开裂，并随平衡室波纹节一同飞出，平衡补偿管疏水管从根部撕 裂断开，飞出的平衡室波纹节将发电机中部热区温度表击伤损坏，详见下 图。 连通管平衡补偿管端部平衡室波纹节 4、事故原因分析 爆裂的连通管由东方汽轮机厂随主机一同提供，为八十年代早期产品。 根据现场取证分析，该连通管平衡补偿管的半圆形连接护套焊缝存在有严 重的未熔合缺陷，并且施焊前未开坡口，详见下图。 1 由连通管平衡补偿管设计原理可知：平衡补偿管的半圆形连接护套虽 不承受蒸汽的任何压力作用，不为压力容器管道，但该护套在额定工况下 要承受平衡室中产生约 160 吨的轴向平衡力，并通过半圆形连接护套将轴 向平衡力传递给联通管，以平衡蒸汽在连通管中产生的内压推力和位移力 作用。一旦半圆形连接护套失去传递平衡力的作用时，蒸汽产生的内压推 力和位移力将会直接作用到平衡室波纹节上，强大的蒸汽作用力将会使波 纹节瞬间发生爆裂损坏。 从 1 号机连通管平衡补偿管爆裂后的焊口分析来看，连通管半圆形连 接护套原始焊缝焊接质量较差，并且焊接工艺上也存在严重的问题，施焊 前未进行开焊接坡口工艺，焊接过程也存在较大面积未熔合缺陷，因而导 致焊接强度的大大降低。同时该连通管已随机组连续运行近 15 年，连接护 套原始焊缝在长期低频振动以及启、停机过程中的交变应力作用下，焊缝 的焊接强度随之有了明显的下降，最终导致焊道疲劳断裂。连接护套焊缝 断裂后，平衡膨胀节内的蒸汽作用力直接作用到平衡膨胀节波纹上，造成 2 波纹节瞬间爆裂、损坏。 5、防止连通管爆裂事故技术措施 为了防止再次发生连通管爆裂事故，因做好以下防范措施： 5.1 运行管理方面 （1）在机组冷态启动时蒸汽参数应严格控制在制造厂要求的标准范围内， 即主蒸汽压力 4.9~5.88Mpa，温度 330~360℃，再热蒸汽压力 98.1~196.2kPa， 温度 300~330℃。 （2）机组启动前将连通管平衡补偿管中疏水阀打开，机组负荷大于 30%时 关闭疏水阀，确保启动过程连通管