高速流体造成管道过热的探讨

【摘 要】大唐七台河发电有限公司一期工程引进的两台汽轮发电机组分别于2001年12月和2002年7月完成168小时试运移交生产，运行初期，出现主汽疏水管过热的爆管情况，在此部位如何会产生如此高温，一直困扰大家，经过笔者细致的研究，找到原因，给予解决。

【关键词】GE 350 MW汽轮机；滞止焓；疏水管；过热

1、机组概况

七台河第一发电有限责任公司一期工程2×350MW采用的是美国GE公司生产的，序号为270T367/8的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、冲动凝汽式汽轮机。汽缸为高、中压合缸，高压缸采用双层缸结构，中压缸采用单层缸结构，高、中压缸通流部分对向布置，主再热蒸汽由合缸中部进入汽轮机，高、中压缸间的轴封部分镶嵌在高压内缸上。由于采取窄型法兰等措施，所以无汽缸法兰加热装置。低压缸采用双层缸结构，内缸由于设置了抽汽腔室而形成了双层内缸，低压缸采用了对流布置，排汽缸为径向扩压式，其上面设有喷水减温装置。

设计新蒸汽压力16.7MPa，温度为538℃，再热温度为538℃。在循环水温度18.5℃时，可保证排汽压力0.0049MPa，额定蒸汽流量1054.8t/h。机组设计出力为352.75MW。

主、再热蒸汽管道均为单元双—单—双管制系统。炉侧过热器、再热器出口均为两根管，经Y型三通后合并为一根管，直到汽轮机侧高、中压主汽门前又经Y型三通分为两根管，经两个主汽阀进入汽轮机。主汽管道在主汽阀前设置一个疏水点和主汽阀设有上下阀座疏水。机组设置高、低压两台疏水扩容器分别布置在凝汽器两侧，低压疏水直接连入低压疏水扩容器，高压疏水通过疏水联箱进入疏水扩容器。

机组给水系统设置三台50%的给水泵，其中两台汽动给水泵，一台电动给水泵。汽动给水泵有两路汽源。一路为从主汽管路接入高压气源，一路从四抽供给的低压汽源。小机高压汽源管道上有一疏水，小机高压主汽阀有上下阀座疏水，尤其值得一提的是小机下阀座疏水电动阀有一旁路疏水，是采用Φ5的节流孔来保证疏水，即在任何时候可保证小机高压汽源处于热备用状态。疏水管路全部接入0米Ф325的疏水联箱上，联箱接入高压疏水扩容器。接入联箱的疏水管道是对称布置在联箱的两侧。

2、情况与问题

2003年5月#1机组在运行中，发生0米疏水管道爆裂的问题。后将管道保温拆除，发现管道为右高压主汽阀下阀座疏水管爆裂。检查管道从外观看，管道涨粗，氧化严重，表面存在大量氧化皮，有许多龟裂纹。将临近管道保温拆除，发现左高压主汽阀下阀座疏水管也存在此现象。疏水管由原Ф48mm涨粗到Ф59.32mm和Ф52.69mm（见附图）。机组停运后，将管道割除，送金属检验部门进行鉴定，检验部门给出的检验结果如下：1.主汽阀前疏水管双弯头处严重腐蚀现象，样品管Ф48×10mm 纵管被腐蚀仅剩10mm左右的厚残片，横管内外壁均有较厚的腐蚀产物覆盖；2.从化学成分和外观来看，来样的原始组织应为铁素体-珠光体，横管明显腐蚀样处表面约有2mm左右的脱碳现象，为铁素体，晶粒粗大，从内壁到外壁组织变化及脱碳情况看，说明此管道至少受到900℃以上的高温才能使管发生严重氧化现象，从管道内壁到外壁组织变化及脱碳情况看，热源在管外部。

问题出现后，机组运行期间进行检查，主汽门下阀座疏水阀较热，认为是由于疏水阀内漏造成管道过热腐蚀。停机后对疏水阀和此部分疏水管更换，原使用P22（2.25Cr-1Mo）钢材管道，是最普遍使用的合金热强钢，广泛用于火电温度低于600℃的受热面管道，具有持久塑性好，的特点。管道由原P22更换为TP347，TP347不锈钢管是奥氏体型不锈耐酸钢，广泛使用在温度不超过850℃条件下工作，其 在750-800℃空气中，具有稳定的抗氧化性能。但2004年8月，更换后的管道又一次出现涨粗、严重氧化的问题。

P22管道属于低合金珠光体耐热钢，使用状态下的组织都是由铁基固溶体和碳化物所组成。在高温长期运行过程中会发生珠光体的球化和碳化物聚石墨化、合金元素在固溶体和碳化物之间的重新分配等组织变化。电厂中珠光体的严重球化是引起管道爆裂的重要原因。

3、问题的分析与解决

一般疏水管发生故障的基本要素主要有：水：即由于积水、浸水可能造成水击，急速汽化、温差应力大；软硬杂质：硬杂质造成管壁损伤，软杂质造成堵管；再者高速汽流会加重以上的破坏程度。但查其原因，高位布置管段不会积水、浸水，且大部分在直管段部分，也不会被硬杂质冲击，不会损伤管道，基本原因被排除，另外疏水管道在汽机0米且有良好的保温，无着火点，也不存在外部受热的问题。

几次的管道涨粗爆裂使了大家的惊疑，汽机侧最高参数点为主汽，其值为工作压力16.67MPa，温度在538℃的过热蒸汽，如何能产生如此的高温，使此两种管材均产生如此现象。阀门内漏流过的蒸汽温度也就是主汽的温度，主汽管道流动的也同样是此汽体，主汽管也没有此现象？再说疏水阀更换后，阀门已经严密，不存在漏汽的问题……？

针对这个问题，进行了深入的观察和细致的研究，在现场观察，与此两管道对头安装的是小机高压下阀座疏水管，由于要保证小机高压汽源的热备用状态，故此疏水管道由一节流孔保证机组正常运行时有一部分蒸汽流过，它的汽源为主蒸汽。现在是由于此路蒸汽应通过疏水管进入疏水联箱进入凝汽器，但此路蒸汽到疏扩有较大的压差，故汽流流速是非常高的。

疏水管道在机组启动初期为汽-水两相流，当机组正常运行时为过热蒸汽，对于可压缩介质流速是较难准确计算的，但从工程上还是可以判断的，主要是由蒸汽初参数决定的。查焓墒图可知主蒸汽压力16.7Mpa，温度538℃，hg=3396.4kJ/kg，比容v1=0.01988m3/kg，蒸汽的绝热指数k为1.3，重力加速度g为9.81m/s2，由此可计算出疏水管出口蒸汽流速为vs=，为1852m/s，远远高于音速。

故此部分蒸汽如此高速冲进对面的管道（主汽阀阀座疏水管）内，在管内流速降为0，能量（即具有1/2mv2的动能）以热量的方式释放出来，造成此管路超温，即专业鉴定人员判断的超过900℃的高温的由来。这就是工程热力学中蒸汽的“滞止焓”，是高温高压蒸汽保温的疏水管道内流动，我们可以认为是绝热流动过程中，当蒸汽从小机疏水管口处流出，流速已经非常高了，即动能非常大，当冲进对面管内流速迅速下降，最终到“0”，所有的能量以热量的形式释放。这也是从现场具体表象，靠近联箱管座部分过热还不是十分严重，而是距管座以上二尺左右以上部分最严重，就是这个道理。

找到问题的原因后，我们根据目前小汽轮机高压气源的利用率极低的特点（非特殊情况无使用，有个别电厂已经将此路汽源拆除），将小汽轮机高压供汽电动阀关闭，即常疏水的管路停用。经过几年的运行，再未出现疏水管路超温的现象。

4、结语

汽体在绝热流动过程中，因受到某种物体的阻碍，而流速降低为零的过程称为绝热滞止过程。任一截面上气体的焓和气体流动动能的和恒为常数。当气体绝热滞止时，速度为零。七台河发电有限责任公司机组疏水管过热就是这一理论的现场体现。究其发生的主要原因是设计安装的不合理，疏水管对称安装在一个疏水联箱上，造成汽流有对冲进对面管道的机会，只要这个管道改变安装状态，管口向着扩容器，蒸汽在扩容器内膨胀，就不会出现此状态。由于此管道长期超温，加之多次的启停机，管道经受高温蠕胀、交变应力、氧化等共同的作用，最后导致破裂。

推荐访问:过热 流体 管道 探讨