汽轮机高温高压紧固件异常分析及处理

马 亮，曾德龙

(华电漯河发电有限公司，河南 漯河 462000)

0 引言

根据某发电集团公司下发的《关于进一步加强汽轮机汽水系统1Cr5Mo螺母隐患治理和风险防范工作的通知》，某基层电厂结合实际情况制定了汽轮机高温高压紧固件隐患专项排查的工作方案，重点对主汽门、高调门、中主门、中调门、高导管等部位紧固件的材质、尺寸、硬度及紧固件的金属内部情况进行全面排查，对排查出的典型问题进行分析，并提出了相关防范措施。

1 存在问题

某电厂1，2号机组均采用上海汽轮机厂生产的C330-16.7/0.379/537/537型(155)汽轮机，每台机组配备2台高压主汽门、6台高压调门、2台高压主汽门、2台高压调门和6根高压导汽管。1, 2号机组分别于2009年和2010年投产发电，1号汽轮机经历了2次大修，2号汽轮机经历了2次大修和1次小修。

1.1 1号机组存在的问题

(1) 主汽门有4根螺栓断裂，其中TV1主汽门2号和15号螺栓断裂，TV2主汽门1号和5号螺栓断裂。

(2) 高压导汽管螺栓有8根松动，复检发现高导管螺栓的硬度均为250～260 HB，全部低于其硬度标准277～331 HB。

(3) 高调门螺栓共计60根，其中断裂4根，位于GV2，GV4和GV6高导管上，另外抽检4条螺栓硬度均为230～240 HB，全部低于其硬度标准252～302 HB。

1.2 2号机组存在的问题

(1) TV1主汽门有2根螺栓断裂。

(2) 对主汽门和高导管上拆下来的螺栓进行超声检测，发现TV1主汽门有一根螺栓内部断裂。

(3) GV1，GV5和GV6高导管螺栓共有3根断裂，其中GV1高导管2根螺栓断裂，GV5高导管有1根螺栓断裂，以及1根螺栓硬度超标，超标的螺栓硬度为253 HB，低于标准277～331 HB。

(4) 对高调门、中调门、中主门等部位的紧固件进行松紧检查，发现中调门存在1根螺栓断裂。

2 原因分析

2.1 螺纹根部较高应力导致螺栓疲劳断裂

由某电科院对断裂螺栓进行了外观、拉伸性能、布氏硬度、冲击试验、金相组织等检测。根据电科院对断裂螺栓的金属检测分析报告，主汽门螺栓和高导管螺栓断裂原因是螺纹根部存在较高应力集中现象，诱发疲劳裂纹萌生并在运行过程中不断扩展，最终导致疲劳断裂失效。

2.2 预紧力和循环拉伸负荷造成局部高应力

螺栓根部产生较高应力的原因是在运行过程中长期受到预紧力和循环拉伸负荷的共同作用而产生。从投产至2021年，1号机组共启停67次、2号机共启停63次，汽轮机在每次启停或者负荷变化时都会对汽轮机的紧固件产生循环拉伸力。

2.3 螺栓紧固工艺不满足要求

根据说明书要求，主汽门、高导管等部位螺栓安装时，应使用力矩扳手冷紧到位(主汽门螺栓力矩达到680 N·m，高导管螺栓力矩达到690 N·m)，再进行热紧(主汽门螺栓热紧角度94.5°，高导管螺栓热紧角度120°±10°)；高调门、中主门和中调门的螺栓只需冷紧即可。实际上，在每次检修时，紧固螺栓均采用了大锤敲击进行冷紧，无法保证所有螺栓受力均匀，导致部分螺栓存在冷紧力过大的情况，加上机组打闸时对设备产生的冲击力大，故容易加剧螺栓金属疲劳失效情况。

3 防范与解决措施

3.1 加强技术监督管理

应严格执行火力发电企业金属技术监督实施细则关于“对于大于或等于M32的高温螺栓，每次A级检修应拆卸进行100 %的超声波探伤检验”的规定，加强技术监督管理，做到应检必检。

3.2 严格执行检修工艺流程

应修订汽轮机配汽机构检修文件包内容，完善汽轮机紧固件的检修工艺流程，在检修过程中对主汽门、高导管等部位的螺栓进行紧固时，严格按照要求使用力矩扳手冷紧到位，再采用加热棒对螺栓进行加热，并在加热过程随时测量螺栓温度以防超温，直到能用手将螺母转动至要求的角度。严禁采用大锤敲击等方式进行紧固。

3.3 制定后续整改排查计划

因检查汽轮机缸体上的紧固件需要等到第一级金属温度降至150 ℃以下才能拆除保温检查，所需检修时间较长，小修期间无法满足。计划结合大修检查1，2号机缸体紧固件，重点检查紧固件的硬度、材质及超声金属检测。在大修前制定计划，利用机组临停分批次对配汽机构螺栓紧固件开展硬度、材质及超声检测，并对不合格的螺栓进行更换。

4 结束语

汽轮机高温高压紧固件长期运行后会逐渐老化，一旦出现螺栓断裂、螺母滑脱等问题，造成蒸汽泄漏，会产生严重的安全隐患。因此，应高度重视高温高压紧固件的管理与隐患排查，从螺母升级改造、定期检验、检修维护、风险隐患分级等方面加强管理，确保机组长周期安全稳定运行。