王 羽，谭 袖，王政先

(华电电力科学研究院有限公司东北分公司，辽宁 沈阳 110180)

1 基本概况

某电厂11号机组装机容量为350 MW，汽轮机型号C350/296-24.2/0.4/566/566，为东方汽轮机有限公司生产的超临界、单轴、一次中间再热、双缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机，采暖期更换转子高背压供热。机组采用复合变压运行方式，汽轮机具有8级非调整回热抽汽。本机组为热电联产凝汽式汽轮机，设置2级供热抽汽；亦可在采暖期更换高背压转子供热。

本机组配2台50%额定容量的汽动给水泵，每台汽动给水泵配备1台前置泵，提供给汽动给水泵足够的汽蚀余量；还配有1台30%额定容量的电动调速给水泵，作为启动或备用给水泵。

汽动给水泵由小汽机驱动，小汽机为单缸、冲动、单流、纯凝汽式。小汽机型号N5.53-0.786，为青岛捷能汽轮机集团股份有限公司生产的单缸、冲动凝汽式、汽源外切换、下排汽汽轮机。小汽机工作汽源采用四段抽汽和冷再汽源，启动时采用厂用辅助蒸汽；额定转速5490 r/min，额定功率5.844 MW。

小汽机有高压、低压2路汽源，高压汽源为高压缸二段抽汽，即高压缸排汽，低压汽源为中压缸四段抽汽，根据机组负荷，高、低压汽源蒸汽通过高、低压调门进入小汽机，推动汽动给水泵运转。当低压调门开度大于70%，高压调门开启并参与调节。高压汽源进汽电动门和高压进汽调门为串联关系，高压调门在高压进汽电动门之后。高压汽源在机组正常投入AGC后需要投入备用，即在高压调门关闭状态下开启高压进汽电动门，保证机组在高负荷时高压汽源进汽参与调节。

2 事故经过

2021年6月5日22:56:05，11号机组正常运行，负荷175 MW，主汽温度558.70 ℃，主汽压力14.95 MPa，主汽流量532 t/h，给水流量559 t/h，汽动给水泵A、B运行，汽动给水泵A入口流量365 t/h，汽动给水泵B入口流量357 t/h，汽动给水泵A、B均在自动状态，均由低压汽源带动，电动给水泵备用，机组AGC、AVC正常投入。

22:56:06，运行人员开启再热冷至小汽机B入口供汽电动门。14 s后暂停开启。

22:56:15，汽动给水泵B流量快速涨至445 t/h，给水流量快速涨至629 t/h，汽动给水泵A、B为自动状态，自动指令减少汽动给水泵A、B的流量。

22:56:21，汽动给水泵B流量快速涨至612 t/h，给水流量最大至 742 t/h。汽动给水泵A、B流量指令自动减少，小汽机A低压调门指令由54%降到43%，入口流量由365 t/h降低到274 t/h；小汽机B低压调门指令由58%降到43%，入口流量由351 t/h升高到625 t/h；给水流量由556 t/h升到742 t/h。

22:56:26，运行人员手动切除小汽机A自动。

22:56:28，运行人员手动切除小汽机B自动。

22:56:30，运行人员关闭再热冷至小汽机B入口供汽电动门，21 s后该电动门全关。

22:56:45，负荷177 MW，主汽温度558.55 ℃，主汽压力15.32 MPa，主汽流量543 t/h，总给水流量311 t/h，汽动给水泵A入口流量281 t/h，汽动给水泵B入口流量179 t/h。

22:57:05，锅炉MFT动作，汽轮机跳闸，发电机解列。MFT首出为“主蒸汽流量大于360 t/h且给水流量低”。

检修人员对小汽机B高压调门进行解体检查，发现小汽机B高调门杆断裂。更换高调门杆，进行静态试验，调门行程无卡涩，反馈正常。

06:06:18，11号机组并网，恢复机组带负荷运行。

3 检查情况

3.1 运行参数及操作检查

事故发生过程系统参数如图1、图2所示。

图1 汽动给水泵A、B系统参数1

图2 汽动给水泵A、B系统参数2

如图3所示，通过查询历史曲线可以看出，开启小汽机B高压进汽电动门后，受高压蒸汽冲击，小汽机B高压调节门门杆出现断裂，阀头未处于正常关闭位置，小汽机B转速异常升高，汽动给水泵B入口流量由357 t/h迅速增至612 t/h，给水流量突升至724 t/h。此时汽动给水泵A、B均为自动状态，汽动给水泵A输出至MEH的给水转速指令设定值开始快速减小，汽动给水泵A入口给水流量快速降低，由365 t/h迅速降至274 t/h。

图3 小汽机B高压供汽电动门开启指令

之后运行人员退出汽动给水泵A、B自动，关闭了小汽机B高压进汽电动门，导致小汽机B进汽量减少，转速降低，入口流量进一步降低，加剧锅炉给水流量下降。

对给水流量低的情况未进行手动调整给水流量指令值或紧急启动电动给水泵操作，导致满足给水流量低保护动作条件，锅炉MFT保护动作。

3.2 现场设备检查情况

机组停机后，检修人员对小汽机B高压调门进行解体检查，发现高压调门门杆断裂，断口有明显的疲劳断口特征，断裂情况见图4。

图4 小汽机B高压调门阀杆断裂与阀盖位置

该小汽机的高压调门结构见图5，阀杆为横向安装，汽流从下方进汽，从上方出汽。当高压备用汽源投入时，从下方的来汽会对阀碟4和阀杆11产生一个力矩，在高压调门长期处于某一开度时，在持续的力冲击下在门杆11与阀盖16内侧交接处存在较大应力。

图5 小汽机B高压调门结构

从小汽机B高压调门断裂位置见图6，断裂位置距离阀头大约90 mm，从图4中也可以看出断裂位置接近阀盖内侧，在汽流的冲击下此位置应力最大。

当阀杆断裂后，由于汽流冲击会导致处于水平位置的阀头4偏离关闭的位置造成漏汽。因此在开启高压备用汽源电动门后，小汽机B转速异常升高，给水流量增加。

图6 小汽机B高压调门断裂位置

3.3 门杆断裂失效分析

对断裂的门杆进行失效分析，通过宏观检查、断口形貌分析、化学成分分析、微观组织分析等试验发现：门杆断口位于距右侧端部约13 cm处，门杆外表面周向可见较明显的机械加工痕迹，同时可见点状或不规则的麻点及凹坑型损伤，距断口约3～4 mm处有一处长度约15 mm的周向损伤。断口可见放射状花样断裂扩展区及瞬断区，具有明显的疲劳断裂特征；光谱检测结果基本符合标准要求，不存在材质错用情况；基体组织为回火索氏体，未见明显脱碳层，显微组织可见不同尺寸及形状的夹杂物；门杆的布氏硬度、室温拉伸性能及室温冲击性能均不符合GB/T 3077—2015标准要求。

结合现场检查情况及试验结果可判断，管道上的调节阀安装在垂直管道上，在下部梨形阀蝶重力作用下可能导致局部偏心，使得在工作状态下出现机械卡涩，导致门杆表面发生机械损伤，同时门杆在工作过程中承受交变载荷，随着服役时间延长，门杆表面缺陷处易萌生疲劳裂纹并逐步向内扩展。另外，门杆内部存在杂物且力学性能不符合标准要求，在一定程度上也会加速裂纹扩展，当裂纹扩展到一定程度，由于材料强度不足，导致门杆发生断裂[1-2]。

4 原因分析

4.1 机组停机原因

锅炉MFT首出为：“主蒸汽流量大于360 t/h且给水流量低”。

4.2 给水流量低原因

给水流量低的原因是：在开启小汽机B高压进汽电动门过程中，小汽机B高调门门杆断裂，阀头未处于关闭位置，高压调门漏汽，使得汽动给水泵B给水流量异常升高，运行人员判断失误、操作不当造成给水流量降低[3-5]。

事故经过流程见图7。

图7 事故经过流程

4.3 门杆断裂原因

门杆的安装方向和位置增加了运行中存在的交变载荷，在交变载荷作用下形成疲劳裂纹，疲劳裂纹不断扩展导致门杆断裂。门杆内部存在的夹杂物及力学性能不符合标准加速了裂纹的萌生和扩展，为门杆断裂的次要原因。

5 处理及防范措施

5.1 故障设备的处理情况

检修人员对小汽机B高压调门门杆进行了更换处理(备件为小汽机A替换下的门杆)，停机状态下进行了静态试验，调门行程无卡涩，反馈正常。并于6月6日18时再次启机并网。

5.2 防范措施

a.加强高压进汽调门门杆备件管理，提前订购相关备件，严格把关材质质量，并择机更换目前存在缺陷的小汽机B高压进汽调门门杆。

b.建议联系生产厂家给出合理的强度计算等设计规范，应参照技术图纸正确安装阀门门杆，必要时可优化门杆机械结构，减少门杆承受的交变载荷，避免在使用中出现机械卡涩或卡死情况。

c.在机组给水流量出现异常时，及时调整各给水泵的启停及给水流量，保证总给水流量与主汽流量匹配。加强运行操作中危险源点的分析，加强重大操作专业人员技术指导。重点加强对防范措施落实的监督检查上，确保各项防范措施和操作指导措施落实到位。