火电厂高温蒸汽管道在蒸汽输送过程中由于散热而导致热量损失，原来的蒸汽就可能变成饱和蒸汽，甚至干度由0变为大于0，这样就会产生冷凝水。为了提高蒸汽的品质和输送蒸汽的工作效率，同时防止产生水锤破坏管道，一般需要通过疏水阀迅速排出冷凝水和管道里的不凝结气体，经疏水管道排至疏水扩容器。疏水管道均与主管道直接相连，尤其是疏水阀前管段内的介质与主管道直接相通，承受着与主管道相同的温度、压力，同时由于疏水管道的管径、壁厚均远小于主管道，因此疏水管道的应力水平一般均高于主管道。此外直径小于76 mm的管道大多没有详细的设计图纸，由现场人员择机灵活布置，而安装单位往往对小管道的重视程度不够，造成实际安装缺陷较多，从而引起疏水管道开裂、爆管类事故频发。

文献[1]、 ^[2]介绍了2起因冲刷、磨损造成疏水管道爆管泄漏的事故；文献[3, 4, 5]则介绍了多起因疏水管道（或吊架）布置不当造成管道膨胀受阻、应力超标而引起的管道开裂、爆管事故；此外，还经常会出现因焊接质量^[6]、材料用错^[7]、汽蚀减薄^[8]等原因导致的疏水管道爆管故障。本文对某火电厂300 MW机组主蒸汽疏水管道开裂频发事故进行原因分析，并提出了相应的处理措施，供同类型机组参考。

某火电厂3号机组为300 MW亚临界机组，采用N300-16.7/537/537-5型亚临界、中间再热、两缸两排汽、凝汽式汽轮机。主蒸汽管道由66.30 m标高的锅炉过热器出口集箱单路引出，在汽轮机侧9.50 m标高处分为2路引至高主阀，再经过4个高调阀通过导汽管进入高压缸。其高主阀、高调阀上分别设置疏水管路，经三通汇集后排入疏水扩容器。疏水管道材质为12Cr1MoV，电动闸阀前主管直径60 mm、壁厚7.5 mm，支管直径28 mm、壁厚4 mm；电动阀闸后管道直径76 mm、壁厚4 mm，现场布置示意图如图 1所示。

图1(Figure 1)

图1 疏水管道现场布置示意图

该机组自投产运行后，高调阀疏水接管座与疏水管道连接焊缝多次出现裂纹并发生泄漏，严重危及机组的安全运行。

历次故障发生后均对管道材质以及相应焊缝的焊接质量进行了检查，检查结果显示均无异常。现场检查发现：该疏水管道全部采用导向支架和刚性吊架固定，其中电动疏水阀前管道上安装的全部是使用“U”形钢筋与角钢焊接制作的简易型导向支架，具体结构如图 2所示。

图2(Figure 2)

图2 简易型导向支架安装结构示意图

这种结构实际上固定了管道的竖直向自由度和一个水平向自由度，仅保留了管道轴向1个水平方向的自由度。因电动疏水阀前管道运行温度较高（同主蒸汽管道运行温度），产生的膨胀量较大，同时该机组所采用的浮动式主汽阀也有较大的水平向热位移，所以可以初步判断采用上述简易导向支架将会导致管道膨胀受阻。此外，2号、 3号导向支架相隔距离较近，分别生根在同一立柱的2个侧面，结合该简易型导向支架的固定方式，这2个支架实际起到一个固定支架的作用，将管道完全卡死，布置方式显然不合理。

按照该疏水管道现场布置形式，采用专业管道应力计算软件CAESAR Ⅱ建立应力计算模型，取主蒸汽管道设计参数（545.0 ℃，17.53 MPa）为计算运行工况，计算结果显示：管道一次应力接近材料许用应力极限，二次应力普遍超标（一次应力为管道承受自重、内压等持续荷载作用下而产生的应力；二次应力为管道由于热胀冷缩和其他位移受约束而产生的应力，即二次应力是管道由于变形受约束而产生的正应力或剪应力[9），]表明上述管道约束方式不合理，造成管道因热胀变形严重受约束而产生较大的二次应力，从而导致管道开裂事故频发。

针对该疏水管道约束方式不合理的情况，将现场简易型导向支架更换为弹簧吊架，具体处理方案如下：

（1）将原有1号、 2号、 4号导向支架全部更换为弹簧吊架；

（2）取消原有3号、 5号、 6号导向支架，在高调阀疏水分支管手动阀前加装新的3号弹簧吊架，在原5号、 6号吊点中间加装新的5号弹簧吊架；

（3）将7号、 8号导向支架改为滑动支架，按照管道支吊架手册^[10]选型采购；

（4）由于电动疏水阀后管道的温度、压力参数均较低，因此保持原有刚性吊架布置方式不变。

对调整后的疏水管道模型进行应力校核与弹簧吊架选型计算，计算模型如图 3所示，一、二次应力计算结果见表 1。从表 1计算结果可知，按上述处理方案调整后管系的应力水平显著降低，达到了疏水管道安全运行的要求。

图3(Figure 3)

图3 调整后计算模型（部分）示意图

表1(Table 1)

表 1 处理前后一、 二次应力计算结果对比

表 1 处理前后一、 二次应力计算结果对比

在某火电厂300 MW亚临界机组检修期间，对出现裂纹的焊口重新焊接并确保焊接质量合格，同时采用计算所得的弹簧吊架型号规格对该疏水管道支吊架进行了更换安装，在机组重启稳定后再次进行检查，各弹簧吊架热位移与计算值相符，管道热膨胀受阻问题得到解决。截至目前，机组已运行1 a以上，该疏水管道运行状态良好，焊缝无损检测结果也显示无异常。经实践验证，以上处理方案能显著降低管道应力水平，有效保证机组的安全稳定运行。

参考以往高温高压疏水管道开裂原因及处理经验，本文针对某火电厂300 MW机组主蒸汽疏水管道频繁开裂泄漏故障，通过现场检查发现管道支吊架结构及布置存在多处不合理，并通过应力计算验证了该管道应力水平超标，最终根据弹簧吊架选型计算结果进行了支吊架更换，从根本上消除了故障原因。

高温蒸汽疏水管道（尤其是疏水阀前管段）具有和主管道一样的温度、压力工况，而且疏水管道的规格较小，使得其运行状态更为恶劣。同时由于安装单位重视程度不够，导致安装缺陷较多，造成相关事故频发。因此，建议加强对疏水管道的重视程度，管道布置及支吊架型号应经过计算确定，并采用规定型号的支吊架部件，杜绝现场临时简易制作安装。