沙角C电厂#2机高压缸进汽管缺陷原因分析及处理

摘 要 本文针对沙角C电厂#2机组汽轮机大修时候发现的高压缸进汽管密封环缺陷，分析缺陷产生的原因及危害，提出修复及改进的方法。

关键词 汽轮机 高压缸 进汽管 密封环 喷嘴

1、 前言

广东沙角C电厂3×660MW汽轮发电机组由GEC-ALSTHOM公司生产，为亚临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、冲动凝汽式汽轮发电机组，1996年8月正式移交商业运行。#2机组在2003年11月底进行的投产以来首次三缸大修时候，发现高压缸四根进汽管密封有设计缺陷，导致进汽管卡住在高压缸喷嘴上拆不出来，经过对缺陷的原因进行分析，我们对损坏的高压缸进汽管以及喷嘴进行了修复，并对进汽管密封结构及材质选取进行了重新设计。

2、 高压进汽管密封结构介绍

沙角C电厂汽轮机高压有两组、每组有四个蒸汽室，每个汽室装有完全相同的主汽门和调节汽门各一个，每组两个分别对称布置在高压缸进汽口的两侧，蒸汽由布置在运转层下的的主蒸汽管道分别进入主汽门，再通过四根垂直的进汽管进入高压缸内缸的喷嘴室。高压缸的进汽口上下各两个，分别对称布置在进汽方向的上半缸和下半缸。导汽管进入高压缸喷嘴的密封结构如下图1：

3、 高压缸进汽管缺陷情况介绍

在#2机组大修拆除高压缸上缸两根进汽管过程中，我们发现导汽管很难吊出来。ALSTOM的这种导汽管密封环设计，正常的话用行车就应该能吊出来，但我们使用了多个千斤顶再加上行车才很困难地把两根上导汽管拆出来，拆出后发现高压内上缸左侧喷嘴室内壁在与密封环接触部位磨出1条沟槽，高压内上缸右侧喷嘴室内壁在与密封环接触部位磨出2条沟槽，沟槽深浅不一，最大深度约为9mm左右；另外，高压上缸2根进汽管的第一个密封环都被拉断，进汽管端部被拉坏；高压内上缸右侧喷嘴室内壁在与密封环接触部位被拉掉一块，直径约5mm，最大厚度约10mm。考虑到上导汽管损坏情况比较严重，并且确信ALSTOM在这进汽管密封环设计上存在缺陷，我们决定拆除汽缸下内缸检查两根下导汽管，结果同我们预料一样，下进汽管密封同样损坏同上两根进汽管类似，具体损坏情况见附图2、图3。

  

4、 进汽管缺陷原因分析

根据导汽管密封环与喷嘴接触面磨损情况来看，喷嘴室内壁磨损出来的深浅不一的槽正是进汽管密封环的位置，因为长期的旋转、振动，密封环接触面在喷嘴室内壁磨出一条槽，而密封环是具有弹性的，张开的进汽管密封环扩展到喷嘴室内壁的槽上，形成了一个类型止推环的结构，所以原本很容易就吊出来的进汽管的密封环变成了一个或两个止推卡环，并且由于喷嘴和密封环都是一些很硬的合金材料，这使拆除进汽管变得非常困难，这就是需要千斤顶并最终导致密封环槽和喷嘴室内壁磨出来的槽被拉裂的原因。

为什么密封环在喷嘴进汽内壁上会磨出槽来？这种进汽管密封环结构设计本身没有问题，包括ALSTOM和国内汽轮机厂家在内的进汽管密封设计都是采取类似的结构，都没有出现过沙角C电厂的这种情况，我们想问题应该出在相关部件的材质上。

ALSTOM提供给我们相关部件金属成分为：密封环为锻造的11%CrMoNiV钢，进汽管为锻造的1.25%CrMoV钢，喷嘴室为铸造的1.25%CrMoV钢。我们对导汽管、密封环、喷嘴室内壁的材质进行了金属成分分析（见表1），我们认为的密封环材料和高压内缸喷嘴室材料硬度不匹配（密封环的硬度大），机组经过长期运行，密封环在高温蒸汽冲击下振动和旋转，具有弹性的密封环最终在喷嘴上磨出深浅不一的槽来。

5、 导汽管缺陷处理

经过综合考虑，我们决定对进汽管密封环结构和材质进行重新设计，并对损坏的进汽管、喷嘴进行修复。重新设计的密封环材料由11%CrMoNiV改为司太立合金，并且由三个环改成两个环，喷嘴室内壁上镗床镗掉磨损的槽后重新增加一个司太立合金衬套。在喷嘴和密封环接触的的两种材质都为司太立合金，就不会出现因为两种材质硬度不一样而造成相互对磨情况。对进汽管和喷嘴的修复包括，喷嘴室内壁上增加一个司太立合金衬套，衬套上增加压紧环防止衬套松动，高压进汽管损伤处经过加工后补焊并进行热处理后重新加工到新密封环的设计要求。新的进汽管密封环设计如下图：

6、 结束语

进汽管连接喷嘴和外缸，既要补偿两者间的膨胀差，使两者能膨胀自如，有要有较好的汽密性功能。高压缸进汽管密封出现这种缺陷，会导致内外缸膨胀受阻，可能导致会造成密封泄漏，主蒸汽会通过密封环泄漏到内外缸夹层里，会造成高压缸内外缸温差增大，这对机组运行操作会产生重大影响，会危到机组的安全运行，并且如果不及时处理，密封环沟槽磨得会越来越深，以后拆除进汽管将会变得更加困难。从设计角度来考虑，这种新的设计应该是比较可靠的，两种同样的高温硬质合金相互之间的碰磨不会产生沟槽，ALSTOM有相当部分机组是采用这种设计。同样是ALSTOM设计的机组，我们认为这种高压缸进汽管密封环的存在缺陷在其它两台机组应该同样存在，我们已经作好了准备，在其它两台机组大修的时候用同样的方法进行改造。