关键词：330MW机组；汽轮机；高温高压管道；蒸汽泄露
1 设备概述
长兴电厂汽轮发电机组为上海汽轮机厂生产的H156型300MW亚临界、中间再热、单轴、双缸、双排汽、凝汽式汽轮机，高中压缸合缸，锅炉为北京巴威公司生产B&WB-1025/17.5-M830、亚临界中间一次再热自然循环汽包锅炉。在2013年12月，由上海汽轮机厂完成高中压通流部分增容改造，改造后额定负荷提升至330MW,高压由1+11级改为1+12级，中压缸由9级改为10级，低压缸未改仍为2×7级；2016年，低压缸进行改造，低压通流部分由原设计的2×7级优化为2×8级。
汽轮机一级抽汽管道布置在汽轮机本体上方，采用法兰连接方式。管道法兰为对焊DN200凹凸法兰，本体侧为凸法兰，凸肩高度为5mm左右，管道侧为凹法兰，凹槽深度为2mm。凹法兰设计参数为P=7.322MPa，t=413℃，凹法兰结构图如图。
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管道侧法兰及连接螺栓
2 法兰垫床泄露经过：
机组正常运行中，一抽管道法兰突然泄露，现场有较响蒸汽冲出声。泄露时机组负荷310MW，一抽管道温度为383.15℃，压力为5.7MPa；泄露后现场图片如图。
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法兰解体后现场
对一抽法兰解体检查，发现垫床有180°吹损，法兰结合面无吹损痕迹，原始安装时法兰垫床未完成装正，泄露侧对面垫床边缘有轻微卷边现象。法兰共有12组M36*220螺栓，螺栓材质为35CrMo，设计温度为475℃。垫床为高强石墨垫，无包边，尺寸为270*208*3 mm，至泄露发生时已服役30个月左右。查螺栓材料力学性能符合工况要求
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螺栓材料力学性能
3 原因分析及处理：
3.1法兰泄露的直接原因分析：
为明确泄露原因，首先需了解法兰的密封原理：法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于密封面之间的垫片压紧，施加于单位面积上的压力（压紧应力）必须达到一定的数值才能使垫片变形而被压实，密封面上由机械加工形成的微隙被填满，形成初始密封条件，所需的这个压紧应力叫垫片密封比压力。
当管道在工作状态时，介质内压形成的轴向力使螺栓被拉伸，法兰密封面沿着彼此分离的方向移动，降低了密封面与垫片之间的压紧应力。如果垫片具有足够的回弹能力，使压缩变形的回复能补偿螺栓和密封面的变形，而使预紧密封比压值至少降到不小于某一值(这个比压值称为工作密封比压)，则法兰密封面之间能够保持良好的密封状态。反之，垫片的回弹力不足，预紧密封比压下降到工作密封比压以下，甚至密封处重新出现缝隙，则此密封失效。
根据本次泄露现象及法兰密封原理，可知本次法兰泄露是因工作状态下预紧密封比压下降到工作密封比压以下引起的，引起预紧力下降的原因为螺栓长期高温下的应力松弛现象及垫片的塑性变形引起的“应力松弛”现象。
3.2法兰泄露的间接原因分析：
法兰设计问题：
凹法兰凹槽深度为2mm，而垫片厚度为3mm，凹槽深度小于垫片厚度，使得垫床放在凹槽中会高出凹槽边缘一截，在原始安装时随着法兰螺栓的收紧垫床会向外延展，且安装时对中难度大；另外该设计使法兰螺栓收紧后凸肩仍无法进入凹槽中。该设计造成了法兰泄露的隐患。
为此，汽机专业人员讨论决定将针对这一隐患改进法兰结构，结合凸法兰尺寸及法兰设计规范，设计绘制了改进后法兰结构图，并对一抽管段凹法兰进行更换，消除泄露隐患。
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垫片选用问题：
原垫床为高强石墨垫，无包边。无包边垫片结构适用于凹凸法兰，不适用于平法兰，因为凹凸法兰的凹槽会限制垫片向外延展。而从上面分析中可知，该法兰凹槽深度过小，这使得垫片安装时随着法兰螺栓的收紧垫片会向外自由延展，使垫片的回弹性受到影响。故将垫片改为有金属包边的高强石墨垫。
4 总结：
高温高压管道法兰泄露缺陷一直是困扰安全生产的重要因素，在常规设计中，高温高压管道上一般会避免法兰连接方式，多采用焊接方式连接，而对于特殊设备，为了满足安装、维修等要求，无奈只能采用法兰连接方式。调取以往高温高压法兰泄露，有诸多共同之处，易在机组长期运行后突发性泄露，且泄露时机组多处于高负荷状态，多数为垫床冲损引起的泄露。本文从法兰密封原理入手，追根溯源法兰垫床安装工艺、法兰设计合理性、垫床选型合理性等，从而消除泄露隐患。
参考文献：
[1] 李新华.法兰用密封垫片实用手册. 中国标准出版社2014.6
论文作者:王振东 王泽庭
论文发表刊物:《中国电业》2019年第21期
论文发表时间:2020/4/15
标签：法兰论文; 垫片论文; 螺栓论文; 凹槽论文; 管道论文; 汽轮机论文; 应力论文; 《中国电业》2019年第21期论文;