600 MW汽轮机低压联通管水平法兰漏汽原因分析及处理

王其军

(国家电投集团河南电力检修工程有限公司，河南 郑州 450000)

0 引言

该机组主机设备为上海汽轮机有限公司生产的N600/24.2/566/566型超临界、单轴、三缸、四排汽、一次中间再热、凝汽式汽轮机。再热蒸汽通过两侧再热蒸汽阀、再热调阀进入中压缸，各级做功以后，通过中压缸向上排汽口的两根中低压联通管流入低压缸。中低压联通管的作用是在最小的压损之下将蒸汽从中压缸排汽口引入低压缸。

该机组在满负荷时的蒸汽温度是370 ℃，压力是0.92 MPa。左侧的中低压联通管接至1号低压缸进汽口，右侧的中低压联通管接至2号低压缸进汽口，联通管在低压时缸顶部进汽口处设有密封隔板装置，保证当低压内外缸之间不会窜汽。另外，当联通管法兰和夹紧环紧固时，密封隔板沿着联通管垂直中心线的方向“冷紧”，减少了热态时低压内、外缸垂直方向因温差产生胀差造成的密封隔板装置上的应力。为了找出该机组联通管在每次检修回装后水平面法兰都会漏汽的原因，对此缺陷进行分析。

1 原因分析及改进措施

1.1 原因1

法兰密封垫采用石棉板材质是造成漏汽的主要原因。该机组低压缸上部联通管水平法兰直径1 540 mm×1 280 mm，法兰面宽度130 mm，厚度110 mm，结合面螺栓为M30×210六角螺栓，材质为42CrMo1。因机组出厂设计，此处密封垫为高压石棉板，厚度为5 mm，所以目前采用的是土耳其生产的高压石棉板。

通过对石棉板自身材质和联通管法兰金属热膨胀的特性进行分析判断，直径大、法兰厚、温度高的蒸汽管道，运行中将会对石棉板密封垫产生影响和变化，这种变化将会使密封垫的密封效果大大降低，具体分析如下。

联通管法兰连接示意如图1所示，机组在启动过程中，汽轮机不断升速，冲至3 000 r/min后并网。随着负荷的增加，蒸汽的压力与温度不断增加，联通管法兰与螺栓也不断受热膨胀。因为法兰的厚度及体积较大，受热后膨胀系数大，膨胀速度也随着加快，而联通管法兰螺栓体积小，膨胀系数小，膨胀速度就慢。由于膨胀过程的不同步性，水平面法兰受限的膨胀量将会施加于石棉板，此时石棉板的厚度会被压缩一定的量。随着高温的持续，螺栓也逐渐伸长，但是石棉板之前被法兰面压缩的量不会再恢复，此时法兰密封面就会产生间隙，蒸汽开始从间隙中漏出。停机以后蒸汽停运，温度下降，法兰冷缩较快，螺栓冷缩较慢，此时检查发现罩螺母多数为松弛状态，螺栓松弛的量其实就是石棉板被压缩的量。此现象在每次启停机时都会出现，以上即为石棉板材质的密封垫容易产生漏汽的主要原因。

针对以上原因分析，决定对密封垫进行材质改良，将石棉板材质的密封垫更换为金属缠绕密封垫。金属缠绕密封垫能够对管道系统的压力热循环和振动进行自动调整，适用于负荷不均匀、接合力易松弛，温度与压力周期性变化、有冲击或震动的场合。金属缠绕垫片由V形或W形不锈钢带和非金属填充料叠合，螺旋卷绕，始末端点焊而成，具有良好的压缩回弹性，适用于温度、压力交变剧烈的密封部位。由于联通管水平法兰内外密封面中间有一圈螺栓孔，不易做成整体金属缠绕垫，因此将垫子分成两部分加工，螺栓孔内外密封面各做成一个独立的金属缠绕垫，如图2所示。

因联通管水平法兰面、密封隔板法兰面、内缸进汽口法兰面三者都是平面配合，没有止口，为了防止内圈缠绕垫受压后蹦出，蒸汽将缠绕垫吹入缸内，在A，B低压内缸进汽口中分面处内壁各焊4个规格为15 mm×5 mm×50 mm的挡板。

1.2 原因2

联通管波纹膨胀节固定螺杆的拆装工艺不正确是造成漏汽的次要原因。

机组运行中高温蒸汽通过联通管时会发生较大的热膨胀量，水平管段会伸长很多，为了保证联通管热膨胀后仍能保持正常位置，机组设计联通管各段有波纹膨胀节，用于吸收联通管受热后产生的膨胀量。机组安装时，右侧联通管自由长度为15 172 mm，冷紧后长度为15 217 mm，冷拉值为45 mm，冷拉值靠波纹膨胀节的收缩与拉抻来补偿。联通管波纹膨胀节如图3所示，每段膨胀节靠大拉杆来固定两组膨胀节的总长度，即保持原始调整的冷拉值不受变化；小拉杆来调整膨胀节的收缩量或拉伸量，保持同步，而且在厂家设计标准范围之内。

检修时，联通管垂直面法兰螺栓拆卸之前，必须将所有膨胀节小拉杆的固定螺母全部紧固，保证膨胀节原始状态不受变化。螺栓解体完以后，联通管吊下，检修期间大拉杆与小拉杆的固定螺母不允许变动。回装时，联通管吊装就位后，螺栓全部紧固完毕，松开所有膨胀节小拉杆螺母，使膨胀节恢复自由状态，安装程序完成。

在解体该机组联通管时发现，膨胀节小拉杆紧固以后，螺栓全部拆除，两个垂直面法兰之间的间隙之和达到了46 mm。由此推断，上次联通管回装紧固垂直面法兰时，是靠法兰螺栓把两个垂直法兰面硬拉到一起的。说明在此之前，小拉杆的紧固顺序出现了错误，膨胀节安装原始冷拉值出现错乱。因此，低压缸上部水平面法兰与斜面法兰都会因受到极大的拉力而产生张口间隙，从而造成漏汽。

针对以上分析，采用以下方法回装纠正错误顺序。将含有波纹膨胀节的联通管依次吊上，水平法兰紧固后，先把小拉杆螺栓全部松开，再紧固两个垂直面法兰螺栓，使波纹节自由拉伸至原始安装的状态。完毕后小拉杆螺栓仍然保持松开，而且要松到最大极限，防止机组启动后波纹节受热膨胀时受到阻碍，导致膨胀不均造成波纹节损坏。

1.3 原因3

联通管回装及螺栓紧固顺序不正确是造成漏汽的第3个原因。

中低压联通管共有7个法兰：2个中排斜面法兰、3个垂直面法兰、2个水平面法兰。联通管法兰如图4所示，在回装过程中，因为水平法兰中分面位于低压内外缸密封隔板内侧，无法监视紧固后法兰间隙是否平均，所以回装及紧固螺栓的顺序是否正确，将会对法兰及密封垫产生影响和变化。

机组设计左侧低压联通管冷拉值为18 mm，右侧低压联通管冷拉值为45 mm。如果先紧固垂直面法兰，联通管自身及下部水平面法兰与斜面法兰都受到较大的拉力，此时如果水平面法兰螺栓未紧到位，就会把水平法兰间隙拉出张口，一旦出现张口间隙，就会造成漏汽。因此螺栓紧固要严格按照顺序进行，应该先紧固2个中排斜面法兰螺栓，再紧固2个水平面法兰螺栓，最后紧固3个垂直面法兰螺栓。

另外，受到拉力后的螺杆在经过一定时间后会产生伸长量，原来紧固的力将会被削弱，如果不及时进行复紧，法兰受热膨胀后会产生间隙，从而造成漏汽。因此要严格把控螺栓紧固程序，测量法兰间隙达到均衡合格，并采取冷态复紧的办法确保螺栓紧固到位。

所有法兰螺栓都应紧固三遍，首次紧固完成24 h后复紧一遍，检查是否有螺栓松动的现象，所有螺栓检查一遍后，可再统一稍加扭矩紧固一遍。再过24 h后再复紧一次，此时可重点检查有无个别螺栓松动即可，不用全面再加扭矩紧固。

2 结束语

通过此次检修，找到低压联通管水平法兰漏汽的根本原因，采取相应的改进措施，彻底解决了低压联通管水平法兰的漏汽问题。同时总结了一些经验也为国内同类机组，提供了消除此类缺陷的方法和依据。