1 设备简况
某电厂3号汽轮机是由亚临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、凝汽式汽轮机，机组型号N600-16.7/538/538型。为了减少温度梯度每个低压缸设计成3层缸。每根低压转子分为正、反向各7级，机组5段抽汽的汽源取自低压缸第一级与第二级隔板之间。
2 事前工况
2020年5月17日 06:41，3号机组负荷600MW,煤量383t/h，31、33、34、35、36、37磨煤机运行，主机高、低压侧真空7.7/11.3kPa，GV3高调门100%,GV4高调门20.4%,主机7X振动82.57um，7Y振动106um，低压胀差17.8um，5段抽汽压力260kPa。
3 事件经过
5月17日06:42，3号机负荷600MW，主机低压侧真空7.8kPa，高压侧真空11.3kPa。
5月17日06:43，主机低压侧真空7.5kPa，高压侧真空13.3kPa，#2低压缸排汽温度51℃，#2低压缸减温水调门开至10%。
5月17日06:43，机组真空下降，启动循环水泵及真空泵。检查轴封、真空破坏门水封、真空泵及分离器均未发现明显异常,低压侧真空下降至6.6kPa,高压侧真空下降至9.2kPa。
5月17日06:49，5抽逆止门状态变黄，抽汽压力由260kPa降至140kPa,温度由256℃开始下降。
5月17日06:52，负荷580MW主机5瓦X方向振动由84um上升至91um，Y方向振动由71um上升至74um，7瓦x方向振动由83um逐渐上升113um,Y方向振动由107um上升至141um。
5月17日07:04，调整发电机无功，观察机组振动无好转趋势。
5月17日07:23，机组降负荷至433MW，机组振动仍然持续升高。
5月17日07:37，将机组由顺序阀切至单阀运行，机组振动仍然持续升高。
5月17日07:41，3号机组主机7瓦振动达保护动作值，机组振动大跳闸，破坏真空停机。
4 原因分析
3号汽轮机五段抽汽管道凝汽器侧为H汽轮机厂配套汽轮机整体设计安装，五段抽汽在低压缸内竖直引出汽轮机内缸，由凝汽器喉部引出。缸外管道经逆止阀、电动阀到5号低压加热器。汽轮机THA工况时五段抽汽参数：流量72t/h，压力0.3445MPa，温度231.6℃。
2020年05月18日 10:30，进入3号汽轮机1、2号低压缸内部检查发现：2号低压缸5抽管道靠近缸体垂直段膨胀节断裂（图1），2号低压缸5抽管道水平段膨胀节变形严重（图2），1号低压缸5抽管道靠近缸体垂直段膨胀节变形严重（图3），膨胀节没有化学腐蚀现象。
图1 3号汽轮机 2号低压缸反向5抽管道靠近缸体垂直膨胀节断裂
图2 3号汽轮机2号低压缸反向5抽管道水平膨胀节变形严重
图3 3号汽轮机1号低压缸反向5抽管道靠近缸体垂直膨胀节变形严重
4.1 3号机组近期检修和运行情况
（1） 2019年12月9日，3号机组A级检修期间对3号汽轮机1、2号低压缸内部5、6、7、8抽汽管路和膨胀节进行检查，没有发现异常，检查记录正常。
（2）2019年12月22日至2020年5月17日，3号机组检修后已经连续运行146天，机组在各负荷段运行参数正常。其中机组在跳机前，2020年5月11日进行了辅助调峰试验，将机组负荷降至250MW，5抽运行参数为：压力64kPa，温度262℃，5号低加凝结水入口水温94.6℃，出口水温112℃，机组各瓦振动正常，抽汽逆止门正常，无异常参数出现。
（3）3号汽轮机低压缸5抽膨胀节参数为膨胀节向内膨胀，单侧膨胀量为8mm，两侧向内膨胀量为16mm(在有限位拉杆时）,厚度为0.5mm,承压能力为0.39MPa,材质为304钢，耐热温度为571℃，承压能力、温度和材质符合运行要求。
4.2 2016年 6号机组5抽膨胀节断裂情况
2016年7月13日， 6号汽轮机低压缸5抽压力由288.31kPa突然降至198.59kPa，低压凝汽器A真空由5.68kPa上升为6.06kPa。就地检查抽汽电动门、逆止门未见异常，压力变送器效验正常。2016年9月1日，6号机组检修时检查发现1号低压缸5抽管道水平段膨胀节断裂（图4），1号低压缸5抽管道水平段膨胀节变形严重（图5）。
图4 6号汽轮机1号低压缸反向5抽管道水平膨胀节脆性断裂
图5 6号汽轮机1号低压缸反向5抽管道靠近缸体垂直膨胀节变形，拉杆断开
上述现象与本次3号机组现象基本一致，主要由于问题膨胀节发生在水平段（水平段主要布置在缸下4.6米，凝汽器喉部位置），断裂后泄漏蒸汽主要排入凝汽器，同时由于膨胀节有限位拉杆和内衬筒，没有发生大面积泄漏，对主机振动影响不是很大。（6号机组为超临界机组，5抽THA工况参数为0.419MPa,温度253.2℃。）
4.3 膨胀节断裂原因分析
4.3.1 5抽膨胀节发生平面失稳现象，平面失稳主要是指一个或多个波纹平面发生偏转或翘曲，即这些波纹所在的平面不再与管轴线垂直。目前观察3号汽轮机2号低压缸5抽管道水平段膨胀节变形和6号汽轮机1号低压缸5抽管道水平段膨胀节变形均与此类似。
4.3.2 产生平面失稳现象主要因素
(1)膨胀节疲劳寿命影响。膨胀节疲劳寿命主要是在设计压力条件下，膨胀节膨胀量从零达到最大膨胀量的情况下的可靠工作次数，厂内目前没有查到5抽膨胀节疲劳寿命次数，正在与厂家核实此问题。
影响3号机组5抽管道膨胀节疲劳寿命次数为机组启停次数，主要分析为机组停机时膨胀节会恢复到零位，机组启动后在高负荷时会达到最大膨胀量，当启停次数达到疲劳寿命最低次数时，极易发生平面失稳现象。目前统计2011年至2020年（2007年至2010年无统计）3号机组启停次数为64次，4号机组启停次数为51次；5号机组启停次数为46次，6号机组启停次数为88次；1、2号机组由于为俄制机组，低压缸抽汽管道没有膨胀节，不存在此问题。
3号汽轮机6抽膨胀节与5抽膨胀节相同，管道通径均为500mm,压力等级、温度、材质、膨胀节层级、膨胀量都一样，但由于机组运行时6抽THA参数为：压力0.1308，温度为134.6℃，6抽管道膨胀量较小，因此在机组启停过程中不会发生减少疲劳寿命次数的问题。
(2) 3号汽轮机低压缸5抽膨胀节没有限位拉杆，限位拉杆主要作为防止由于管道材料和膨胀节材料的弹性模量、膨胀系数等不同，造成的在管道改变走向而产生的内压推力对膨胀节的破坏。
（3）3号汽轮机低压缸5抽膨胀节选型存在问题，膨胀节膨胀量、疲劳寿命次数不满足5抽运行条件要求。
（4）膨胀节波数多，管道通径大，易发生平面失稳现象，目前3、4号机组5抽膨胀节为5层波，管道通径为500mm,5、6号机组5抽膨胀节为4层波,管道通径为500mm。
综上因素，3号汽轮机2号低压缸5抽靠近缸体垂直段膨胀节发生平面失稳变形，达到疲劳极限后发生脆性断裂，导致大量高温蒸汽进入汽轮机内、外缸之间，低压缸外缸缸体温度升高，引发汽轮机2号低压缸轴封处动静部分碰磨，引起5、6、7瓦振动升高，导致机组振动增大至跳机值。
3号汽轮机2低压缸5抽管道水平段膨胀节发生平面失稳变形，1号低压缸5抽靠近缸体垂直段膨胀节发生平面失稳变形，但由于两处膨胀节没有达到疲劳极限，没有发生脆性断裂。
5 暴露问题
目前正在对膨胀节碎片进一步进行分析。暴露问题如下：
5.1 6号机组5抽管道膨胀节存在问题时，没有认真分析膨胀节断裂原因，导致运行机组再次发生此类问题。
5.2 专业技术水平有待提升，研究问题能力不足，使存在问题不能得到根本解决。2019年3号机组A级检修中对凝汽器内抽汽管道膨胀节进行了宏观检查，发现5抽管道膨胀节无限位拉杆问题，对膨胀节限位拉杆作用认识不足，没有及时恢复限位拉杆。
5.3 机组检修管理存在漏洞，没有全面分析机组检修中设备存在的安全隐患，没有将低压缸内抽汽管道膨胀节检查项目列入常规检修项目。
6 防范措施
6.1全面排查3号机1、2号低压缸内5、6、7、8抽汽管道膨胀节，对存在问题的膨胀节进行更换，并安装膨胀节限位拉杆，同时储备未更换机组膨胀节备件。
6.2利用机组检修或临时停机机会，对其它机组凝汽器内抽汽管道膨胀节进行宏观检查，对存在问题的膨胀节及时进行更换，同时根据各台机组启停次数，制定长期更换计划。
6.3 与相关院所沟通，全面分析5抽管路膨胀量，防止膨胀节在启停过程中出现膨胀极限，消除由于选型不当导致膨胀节疲劳寿命次数减少。
6.4开展关于此类问题的专业技术人员培训，提升专业技术人员处理专业问题的能力。
6.5 完善机组检修规程，在机组检修项目中列入低压缸内各段抽汽管道膨胀节及管件检查项目。
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