火电厂空冷凝汽器的检修与维护.pdf

2023.7 下 EPEM 75发电运维Power Operation火电厂空冷凝汽器的检修与维护内蒙古锦联铝材有限公司 姚金成摘要：空冷机组因安装单位施工质量管控的不同会有质量上的差异，但不会有本质上的区别。本公司经过长期试验摸索出的上述四种问题的处理方法，对其他空冷型机组同样适用。关键词：空冷凝汽器；蒸汽分配管；换热管束；空冷风机；U型螺栓某电厂共计5台发电机组，其中1号、2号汽轮机是东方汽轮机厂生产的超高压、直接空冷、凝汽式汽轮机。空冷凝汽器由德国基伊埃电力冷却技术（中国）有限公司设计、提供。空冷凝汽器标高32m，设计为15个冷却单元，分5列阵列布置，每列长55.5m、宽12.72m、总重量1217t，受热后沿底部滑道由中间向两端膨胀。每列3个单元，中间为逆流单元，两端为顺流单元，进气端顺流单元蒸汽分配管长度18.5m，末端顺流单元蒸汽分配管长度15.6m，逆流单元蒸汽分配管长度6.58m。35号汽轮机是哈尔滨汽轮机厂生产的超临界、直接空冷、凝汽式汽轮机。空冷凝汽器由北京首航艾启威节能技术股份有限公司设计、安装。空冷凝汽器平台标高为50m，每台机组共有48个换热单元，分为8列阵列布置。每列 A 型结构、6个换热单元，其中4个顺流管束单元，2个逆流管束单元。1 真空严密性因5台机组空冷凝汽器真空严密性均未达到合格状态，其中1号、2号机组由于严密性差，最低时2200Pa/min（合格标准200Pa/min）导致机组运行真空始终处于低位，对机组经济指标产生严重影响。对此厂里成立了真空治理专项小组，专职处理5台机组真空严密性差的难题。为了尽快将5台机组真空严密性恢复至合格状态以上，提高机组经济指标，厂里曾两次聘请专业查漏团队来厂，但两家单位均无功而返。在多次对空冷凝汽器真空系统的排查、治理过程中，专项小组首次提出了接引除盐水至空冷凝汽器，对空冷凝汽器汽侧进行注水查漏的构想。经过对空冷凝汽器各部支撑结构强度计算，35号机组空冷凝汽器汽侧注水重量小于空冷凝汽器桁架结构设计支撑荷载。于是决定在机组年度检修时对空冷凝汽器汽侧进行注水。2021年35号机组年度检修中首次对3台机组空冷凝汽器汽侧分别进行了注水，注水液位控制在蒸汽分配管下部凹槽上沿，在此液位下空冷凝汽器99%以上的焊口，以及所有换热管束、下联箱、抽真空管道、凝结水回水管道都可以浸没在液位以下，此时通过漏水点即可直观判断出系统的漏泄部位。3台机组真空系统通过注水法共计查出漏点93处（如图1所示），3台机组真空严密性同年进入合格状态（见表1）。图1 通过汽侧注水查找出的系统漏泄点图2 蒸汽分配管逆流区底部拉裂76 EPEM 2023.7 下发电运维Power Operation表1 2021年12月对35号机组真空严密性统计指标名称单位设计值注水前注水后3号机组真空严密性pa/min2004201674号机组真空严密性pa/min2003801725号机组真空严密性pa/min2003321561号、2号机组由于无法得到空冷凝汽器厂家荷载资料，无法进行注水重量与荷载的比对，最终决定将空冷凝汽器注水液位控制在高于凝汽器下联箱200mm 的安全位置。以此方式两台机组仍查出漏点超过70处，启机后真空严密性提供明显。通过5台机组真空系统的多次注水查漏发现：注水查漏效果直观、可靠、速度快、效率高，可以避免保温管道无法查漏的弊端，通过漏水部位可以快速查找出真空漏点。2 空冷凝汽器蒸汽分配管拉裂20182020年1号、2号机组冬季启机过程中蒸汽分配管多次出现拉裂现象，延长了机组启动时间。裂纹主要集中在逆流区域，裂纹长度最长近1000mm（1号机1列）。经多次补焊处理、原因查找以及与电科院人员沟通，判断裂纹的出现与蒸汽分配管结构型式、环境温度有关。蒸汽分配管结构为两端的顺流区蒸汽分配管与换热管束上部相连接，中间的逆流区蒸汽分配管与换热管束不连接，形似扁担形状。汽轮机冲转时蒸汽流量少，进入空冷凝汽器各列的蒸汽大部分被吸入进汽端顺流冷却单元，导致此单元换热管束膨胀量（膨胀量约6mm）大于蒸汽分配管尾部顺流冷却单元膨胀量，使整列空冷凝汽器顶部蒸汽分配管出现“翘头”现象。蒸汽分配管材质是 Q235碳钢，韧脆转变温度-20，在环境温度小于-20的状态下启机时，蒸汽分配管受金属冷脆现象影响，在出现翘头现象时，蒸汽分配管逆流区底部管壁受拉应力影响，极易出现拉裂现象（如图2所示）。启机过程中蒸汽分配管一旦出现拉裂现象，必须破坏掉机组真空后对蒸汽分配管漏点进行查找、补焊，不可避免地影响机组的启机时间。为了消除此类现象，小组人员根据裂纹产生的原因，提出逆向预防措施，即预先对裂纹频繁出现的区域进行加热，使其避开金属的冷脆温度，提高金属韧性，以消除管道在冷脆状态时形变对管路的破坏。2020年机组检修中对出现裂纹次数较多的1号、2号机组第一列、第五列逆流区蒸汽分配管增加了可控温硅橡胶加热板（如图3所示）。增加加热板后的4次冬季启机过程中，提前对该区域进行预先加热，加热温度设置为10，4次启机未再出现蒸汽分配管出现拉裂的情况。图3 蒸汽分配管加热板图4 管束与联箱连接部位涂胶前后3 逆流区换热管束与联箱焊口裂纹1号、2号机组空冷凝汽器换热管束与上下联箱焊口处频繁出现裂纹，真空严密性反复波动。1号、2号机组空冷岛自2020年采用低位注水查漏方式进行漏点查找以来，消除大小漏点超过200处，机组投运后真空严密性得到大幅提高，但随着机组的启停，真空严密性反复波动。经过多次注水查漏及长时间的氦质谱查漏工作，虽真空严密性未得到彻底处理，但确定了影响真空严密性的主要位置，即逆流区管束与联箱焊接区域。通 过 几 次 注 水 检 查，发 现 逆 流 区 上 下 管束 与 联 箱 焊 口 区 域 冬 季 过 后 均 会 出 现 大 量 裂纹（裂纹长度约5mm80mm；管束为扁圆形：219mm19mm1.5mm），根据裂纹形状、位置及产生时间推断裂纹产生的原因为：冬季为保证机组背压，频繁使用逆流区空冷风机对管束进行倒暖，导致逆流区管束温度处于一个大幅波动状态（约50）。通过对逆流区换热管束的实际测量，换热管束壁温频繁在-25+25之间变换（1月，10min 一个循环），而与其连接的上下联箱温度变化不明显。温度的大幅度频繁变化导致换热管束与联箱焊接热影响区域由于热疲劳最终形成裂纹。每次注水过程中发现漏泄点均采用常规补2023.7 下 EPEM 77发电运维Power Operation焊、漏点涂胶等方式进行处理，但始终无法根治。2021年8月，2号机组空冷凝汽器检修过程中在吸取以往经验的基础上，采取了清除逆流区域换热管束上下焊口处的原有涂胶，割除逆流区管束上部、下部翅片5080mm，扩大管束两端与联箱间距离，清除管束与联箱缝隙中所有杂物，对管束与联箱间的裂纹不再进行补焊，改为对逆流区所有管束两端直接覆盖柔性密封胶（先期使用587密封胶，后改为双组分聚硫密封胶）。管束两端与联箱连接部位全部涂胶后对未发现的微小裂纹或温度变化新出现的裂纹，利用柔性密封胶干后仍有弹性的特点进行预先封堵（如图4所示），避免修后再次漏泄。经过两次机组检修对1号、2号机组空冷凝汽器逆流区管束治理后，机组启动后的真空严密性明显好转（见表2），虽未达到合格水平，但已接近合格值。表2 2022年10月对12号机组真空严密性统计指标名称单位设计值 2021年2月 2022年9月1号机组真空严密性pa/min20011802892号机组真空严密性pa/min20010902124 空冷风机叶片 u 型固定螺栓断裂35号机组空冷风机叶片 U 型固定螺栓春秋季节受大风影响频繁出现断裂、脱落，导致叶片损坏。35号机组空冷凝汽器位于全厂海拔最高点（海拔标高约974.3m），东西布置。2017年以来空冷风机叶片固定螺栓断裂频繁，导致叶片损坏情况时有发生，针对此情况2018年将原有8.8级螺栓全部升级为10.9级合金螺栓，升级后螺栓断裂情况未有根本转变，为减少因 U 型螺栓断裂造成叶片损坏情况，临时增加了巡检人员的巡检频次，并利用频闪仪对运行状态的螺栓进行检查，及时发现断裂但尚未脱落的螺栓，人工减少叶片损坏情况。2020年将空冷凝汽器外圈风机螺栓强度再次提高至12.9级（常规螺栓最高等级），更换螺栓后断裂情况仍时有发生。经与大唐东北电科院金属专家沟通请教，了解到螺栓断裂是由风力导致的附加力矩引起。空冷风机叶片直径9.754m，转速96r/min，叶片根部与轮毂由2只 U 型螺栓固定（M30mm2）。当风机受风力影响时，叶片发生震颤，震颤产生的力直接作用于 U 型固定螺栓，U 型螺栓在承受紧固力矩的同时增加了震颤产生的交变应力，交变应力的长时间作用造成 U 型螺栓疲劳断裂（如图5所示）。图5 u 型固定螺栓断裂图6 加装碟形弹簧根据分析结果并结合与大唐东北电科院专家的多次交流、请教，于2020年8月开始，为抵消风机叶片震颤作用在 U 型固定螺栓上的附加力，对35号机组损坏频率最高的各列最外侧的风机 U 型螺栓加装碟形弹簧片（如图6所示），利用碟形弹簧的弹力抵消叶片震颤产生的交变应力。加装碟形弹簧后最外侧螺栓断裂现象有了明显改观，断裂频次明显少于内部风机螺栓断裂频次。2021年8月开始，3台机组每列外侧空冷风机叶片 U 型螺栓在增加碟形弹簧的基础上将螺栓力矩增加至600Nm（原400Nm），加装碟形弹簧并调整螺栓力矩后的风机U 型螺栓经过1年多的运行螺栓断裂情况有了明显好转，螺栓断裂情况得到有效控制，3号、4号、5号机组2020/2021年的断裂螺栓数量分别为3/1、7/1、12/2。某电厂15号机组空冷凝汽器经过3年多的治理，设备可靠性、文明生产程度均已明显提高。空冷机组因安装单位施工质量管控的不同，会有质量上的差异，但不会有本质上的区别。某电厂经过长期试验摸索出的上述四种问题的处理方法，对其他空冷型机组同样适用，如发生类似现象可参考借鉴。