汽机低压供热管道快速关断阀法兰漏汽原因分析及优化

汽机 低压供热管道快速关断阀法兰漏汽原因分析及优化

耿大斌

广东粤电中山热电厂有限公司 广东 中山

【摘要】低压供热管道快速关断阀法兰多次漏汽现象，为了消除事故隐患，保障机组安全运行，在无法改变快关阀法兰连接方式和管道运行条件的前提下，降低快关阀法兰下部螺栓受力峰值是解决法兰漏汽的根本办法。

【关键词】漏汽；支吊架：供热管道应力核算；受力峰值；改造

1 机组概述

广东能源集团中山热电厂有限公司第二套机组为三菱M701F4型高效一拖一双轴联合循环发电机组。机组的配置由一台燃气轮机、一台余热锅炉、一台蒸汽轮机、一台燃气轮机发电机、一台蒸汽轮机发电机组成。

汽轮机型式采用双缸下排汽、三压、再热、抽凝汽式汽轮机组。蒸汽轮发电机位于低压侧，汽轮发电机采用全空冷发电机，额定功率为150MW。

余热锅炉为东方菱日锅炉厂提供的三压、再热、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉。锅炉汽水系统分为：高压、中压（再热）、低压系统含除氧器。高、中、低压锅筒置于炉顶，其受热面主要由高压过热器、再热器、高压蒸发器、高压省煤器、中压过热器、中压蒸发器、中压省煤器、低压过热器、低压蒸发器、凝结水加热器及其它附属设备和汽水管道组成，受热面模块悬挂于炉顶的承载梁上。

2 现场事故现状

低压供热管道快速关断阀区域的管道布置图如下图1所示。

图1

广东能源集团中山热电厂有限公司三套机组运行过程中，均出现低压供热管道快速关断阀法兰多次漏汽现象。为了消除事故隐患，保障机组安全运行，我公司技术人员对低压供热管道设计图纸、现场支吊架安装等关键因素进行详细检查分析，发现存在以下问题：

1）电动隔离阀后（沿气流方向）的弯头处的#2支吊架，图纸设计为弹簧支架，而现场安装的是刚性滑动支架；

2）抽汽止回阀、抽汽快关阀和电动隔离阀的重量合计达5670kg，重量较大，见图2；

图2

3）经低压供热管道应力核算，原设计未发现应力超标现象，支吊架荷载分配合理。

3 原因分析

1）从应力核算结果看，低压供热管道不存在应力拉开漏汽现象。但由于抽汽快关阀是采用法兰螺栓连接方式，螺栓连接无法达到管道的强度。因此，该管段的薄弱环节应在快关阀法兰处。

2）电动隔离阀后弯头处的#2弹簧支架错误安装成刚性的滑动支架，在管系应力核算中，对快关阀区域的水平管段应力没有大的影响，其主要影响是导致该弯头后的减温器处的#3刚性吊架荷载分布。#2弹簧支架改成刚性的滑动支架将导致#3刚性吊架失载不受力。

3）运行中，当快关阀动作关闭时，由于气流冲击，快关阀本身受到的一定的冲击力，容易引发相应的管道振动，此因素亦是法兰漏汽的可能因素。

4）抽汽止回阀、抽汽快关阀和电动隔离阀的重量较大，从受力的角度分析，对于快关阀的螺栓拉紧力有更高的要求。在#1、#2支吊架之间，较大的阀门总重导致更大的管道弯曲应力。比如：在不考虑管道及管件自重的情况下，快关阀法兰确保不漏汽时需要的螺栓拉紧力为F1，因管道及管件自重产生的快关阀法兰截面的应力为F2，则法兰面的螺栓拉紧力F的分布状况如下图3所示。

F1 F2 F

图3

从图3看出，为保证快关阀的法兰不漏汽，则法兰下部螺栓的拉紧力：F=F1+F2。

4 结论

1）#2支吊架安装有误，设计的弹簧支架被安装成刚性的滑动支架；

2）错误安装的#2支吊架对#3刚性吊架受力影响大，但对快关阀所处的水平管段区域的应力影响很小；

3）快关阀采用法兰连接是该水平管段的应力薄弱环节，较大的抽汽止回阀、抽汽快关阀和电动隔离阀的重量和#1、#2支架之间的跨度距离使快关阀法兰截面的下部螺栓拉伸应力加大。为保证法兰面不漏汽，该法兰面下部的螺栓拉紧力需大大提高，此因素是快关阀法兰漏汽的主要因素。

5 建议

在无法改变快关阀法兰连接方式和管道运行条件的前提下，降低快关阀法兰下部螺栓受力峰值是解决法兰漏汽的根本办法。

1）在电动隔离发和快关阀之间的A点处（见图4）增加一个#102弹簧支架，是降低快关阀法兰下部螺栓受力峰值的有效办法。根据弯矩公式：Ma=Fa*La，通过增设#102弹簧支架，使影响快关阀法兰面的弯曲应力（弯矩）大小的跨度La由原来的#1、#2支架跨度变成#102、#1支架跨度；其跨度减少到原来的一半左右；同时，影响Ma的Fa值也由原来的抽汽止回阀、抽汽快关阀和电动隔离阀的重量和跨度间的管道重量变成只有抽汽止回阀、抽汽快关阀的重量和#102与#1跨度间的管道重量，Fa值下降超过50%，从而使Ma值变成原来的1/4左右，使图3中的F2值大大降低，快关阀的下部螺栓拉紧力F也大大降低。

A

图4

2. 增设#102弹簧支架后，管系支吊架布置发生改变，相应的支吊架的工作荷载也发生改变。经过管系应力核算，#1、#102、#3弹簧支架的荷载和热位移如下：#1弹簧支架：（热位移：-30mm，热态工作载荷18659N）；#102弹簧支架：（热位移-24mm，热态工作载荷51344N）；#3弹簧支架：（热位移-14mm，热态工作载荷15641N），可以减少泄露的情况。

【参考文献】

1. GB/T 38053-2019装配式支吊架通用技术要求

2. 康朝阳，李立人。火力发电厂汽水管道支吊架的检查和调整《发电设备》