寇向阳

（上海宝山钢铁股份有限公司，上海 201900）

0 引言

汽轮机汽缸一般具有体积庞大，前后跨距长，整体质量重等特点，为了使汽轮机在高温高压蒸汽条件下安全生产而不发生蒸汽泄漏，汽缸中分面必须密不可漏。汽轮机中分面微量的蒸汽泄漏就可能引起刺耳的噪声，或者密封面吹槽损坏设备，同时发电效率明显降低等问题，漏汽现象若长期得不到及时有效处理，就可能会发展成为汽缸永久变形，甚至会产生人身伤害或汽缸无法修复而报废等严重后果。汽轮机中分面漏汽原因涉及方面较广，但以缸体加工缺陷和生产操作使用不当引起的汽缸变形而产生的蒸汽泄漏居多，另外在机组安装或大修时螺栓力矩不符合标准，紧固顺序错乱等引起的蒸汽泄漏，还有安装维修人员技术薄弱或密封脂选用有误等原因造成的漏汽。通常汽轮机中分面漏汽都是由于多种原因长期叠加造成的。

1 机组概况

钢铁生产厂2015 年10 月一座新建高温高压炼焦余热发电机组投入运行。该汽轮机为双抽式，新蒸汽进汽压力8.83（±0.5）MPa，温度，额定进汽量152 t/h，发电量30 MW。投入运行16 个月后，发现汽轮机右侧高压蒸汽喷嘴附近汽缸中分面有微量蒸汽泄漏现象，由于当时生产影响开缸处理条件不允许，只做了临时引流处理，从汽缸中分面疏水口接一管道引流泄漏蒸汽排出，带伤运行近10 个月后，蒸汽泄漏量不断增大，同时汽轮机左侧高压缸附近也发现大面积漏汽，鉴于蒸汽泄漏量较大，必须停机开缸处理，否则可能引起安全事故，或是汽轮机产生永久变形而无法修复。

1.1 数据测量和分析

2018 年3 月上旬汽轮机组按维修计划停机，待汽缸温度降至常温后拆除上下汽缸保温层。为了得到汽缸变形漏汽初始数据，在未松动汽缸螺栓情况下首先对中分面间隙做了初步测量（图1），发现汽缸左侧6 号和8 号螺栓附近，右侧5 号和7 号螺栓附近存在漏汽间隙，最大间隙为0.15 mm，宽度达250 mm，部分深度贯穿中分面宽度。发生蒸汽泄漏的位置恰好是高压蒸汽喷嘴附近，也是整个汽轮机缸体承受压力最高的位置，除此之外没有发现其他位置有漏汽间隙存在。

图1 汽缸中分面平面布置

1.2 数据测量

拆除汽缸中分面所有螺栓，将上下持环和转子吊出，清理汽缸面密封脂等残留物，合空缸后发现蒸汽高压喷嘴附近间隙达0.65 mm，低压缸同样存在间隙，0.35 mm 塞尺通过，为了进一步确认汽缸变形情况，将汽轮机排汽缸与汽缸分离，分别采用冷紧和热紧1/3 缸面螺栓两种方式，对汽缸中分面间隙测量，测量数据见表1。其中，汽缸中分面法兰间隙设计要求：空缸情况下0.05 mm 无法塞入，1/3 螺栓情况下0.03 mm 无法塞入。

根据测量数据分析，汽缸变形位置主要表现在高压缸附近，热紧1/3 缸面螺栓后高压缸仍有近0.30 mm 间隙存在，这就是导致汽缸漏汽的主要原因。同时测量中发现汽缸中分面内部间隙明显大于外部间隙，中分面呈内张口状态，而后汽缸内外间隙基本相同，变化不大。

1.3 汽缸变形分析及可能产生的原因

对汽轮机中分面间隙进行多种状态下多手段测量，其结果认定为汽缸变形，汽缸左右两侧第5，6，7，8 四颗螺栓位附近汽缸变形量最大，汽缸顶部的变形引起中分面回缩呈内张口状态，汽缸中部外凸，而高压缸和低压缸上翘，高压缸变形量最为明显，汽缸整体成为一个小V 形。究其原因，汽轮机缸体变形原因较多，其主要有以下3 个方面。

表1 汽缸中分面间隙测量数据记录 mm

（1）汽缸在制造加工过程中产生缺陷，主要集中在应力消除不彻底或不均。为了使汽缸能够承受一定的蒸汽压力和稳定转子高速旋转，国内大多数汽轮机缸体都是铸造而成，相对其它部件，汽轮机缸体体形庞大，又由于汽缸前后受力不同，所以在铸造时，造成汽缸壁前厚后薄的特点。汽缸铸造完毕后需经过时效处理，使汽缸在铸造过程中所产生的内应力完全消失，若时效处理不透彻或过程不完善，汽缸仍会留有残余内应力，当汽轮机投入生产运行后，随着时间的推移和温度的变化，残余内应力会自然慢慢释放出来，从而造成汽缸变形。在经济利益和设备交货周期不断压缩的条件驱使下，目前国内汽缸铸造件基本都采用人工强制时效处理，由于汽缸体型庞大，缸体壁厚，人工时效处理设施和时间上都难以达标，成为了汽缸内应力无法彻底消除而引起缸体变形的主要原因。

（2）生产工况发生突变引起汽缸受热不均，特别表现在汽轮机开停机过程中，没有按照操作规程标准操作，暖机升温不正确或停机时温度下降速率过快等原因造成。根据汽轮机操作说明要求，机组启动过程需阶梯式升速，只有当汽缸温度达到要求后，才可进行下一步工作，时刻关注汽缸温升至关重要，当汽缸中分面法兰上下壁温差值超过50 ℃时，上下缸就会产生较大的膨胀热应力差，使汽缸发生弹性变形，当热应力超过汽缸材料屈服极限时，塑性变形就会发生，此时即使在汽缸上下壁温差消失后，汽缸变形也无法恢复到原始状态，其表现形式就是汽缸中分面变形出现漏汽现象，上下缸体无法紧密拢合。当汽缸中分面漏汽发生后，特别是高压缸，需及时处理，否则在汽流的冲刷和汽缸受力不均等多重作用下，漏汽情况会不断恶化并扩大，甚至在中分面出现吹槽。

（3）螺栓紧固力矩不足或紧固顺序不对。汽缸的严密性主要靠螺栓的拉紧力来实现，通常汽缸螺栓紧固分为冷态预紧和热态紧固两步，在每一个紧固步骤中，每一颗螺栓位都有对应的紧固力矩，当力矩小于标准值时，汽缸在高负荷情况下产生的热应力和螺栓高温膨胀会造成螺栓应力松驰，螺栓对汽缸拉紧力减小，造成汽缸不能完全密封而漏汽。当力矩大于标准值时，螺栓自身会产生较大的塑性变形，长期运行后，螺栓强度逐渐降低而失效，失去应有的紧固功能。所以正确的螺栓紧固力矩是合理消除汽缸自然间隙的必要条件。一般汽缸螺栓在紧固时从汽缸中部向两端对角逐渐延伸的顺序进行，这样会将汽缸变形量最大的间隙向汽缸前后自由端挤压移动，最后间隙逐渐消失。如果汽缸螺栓从两端向中间紧固，会造成自然间隙集中在汽缸中部，最终使汽缸形成弓型，造成中分面无法密封而泄漏。若从汽缸一端到另一端紧固，由于汽缸一般前后跨距较长，最后紧固末端会形成向上翘头的弯曲，末端自然间隙难以消除，也易造成中分面泄漏。

1.4 漏汽原因综合分析

根据测量数据及造成汽缸变形机理分析，此次汽缸中分面变形产生漏汽主要原因是由于缸体时效应力处理不彻底而造成的，同时还有生产操作不规范等其它综合性原因叠加而成，最终造成汽缸呈V 形塑性变形，并在高压缸位置伴有内张口现象，产生漏汽初期汽缸没有得到及时有效处理，也成为了漏汽状况不断恶化和扩大的诱因。

2 修复方案确定及处理

2.1 汽缸中分面研磨

为了方便维修和降低维修成本，本次维修采用飞缸研磨方案。以上缸中分面为基准面并涂以蓝丹，下缸中分面涂红丹，通过不断重复合缸压痕，根据接触压痕高低对下缸中分面飞缸研磨，使合缸后的压痕均匀分布于接触面，直至在空缸合拢情况下塞尺0.05 mm 不入，冷紧1/3 缸面螺栓时0.03 mm 不入为标准，通过不断地反复飞缸研磨彻底消除变形间隙。

2.2 螺栓坚固参数修正

根据合空缸后的自然间隙和汽轮机设计螺栓紧固要求，本次维修对汽缸螺栓紧固也做了适当调整。汽缸螺栓紧固修正前后对比值见表2，冷紧采用最大充许力矩，热紧螺栓伸长值根据汽缸前后位置和冷紧时测量间隙做了微量增补。

表2 汽缸螺栓紧固修正前后对比

3 结语

该双抽式汽轮机经过此次大修后，于2018 年3 月上旬启动冲转，期间经受了超速和全负荷试验，中压和低压抽汽以设计额定参数流量投入，均未发现中分面蒸汽漏汽，排汽缸真空压力值由大修前的-91 kPa 提升到-93 kPa。此种汽缸研磨处理中分面漏汽的方法得到了有效验证，彻底解决了汽缸漏汽问题，发电效率也有了明显提升，同时减少了经济损失，延长了汽轮机使用寿命。在安全生产方面，也杜绝了蒸汽泄漏造成的人身伤害。