熱電偶套管套在熱電偶元件外面，用來抵御被測介質(zhì)的壓力和腐蝕。為測量汽輪機內(nèi)部蒸汽的溫度，通常將熱電偶套管伸入汽缸內(nèi)部進行測量，以取得較為準確的數(shù)值。但由于汽缸內(nèi)蒸汽壓強大、流速快，熱電偶套管處于極惡劣的工況下，因此經(jīng)常發(fā)生損壞，這不僅會導致溫度信號丟失，嚴重時甚至會危及汽輪機設備的安全運行。本文將分析汽輪機熱電偶套管損壞的原因，并對熱電偶套管的改進措施進行探討，這對同類型汽輪機機組熱電偶套管的改造工作具有指導意義。
1、設備介紹
某電廠1臺600MW汽輪機機組（廠內(nèi)編號6號機）為國產(chǎn)引進型高中壓合缸、單軸四缸四排汽凝汽式機組。由安裝在高壓外缸上半部分左側(cè)、右側(cè)的2支熱電偶元件來測量調(diào)節(jié)級蒸汽溫度，其熱電偶套管伸入缸內(nèi)直至調(diào)節(jié)級動葉后面。由于高壓缸采用雙層缸結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)級蒸汽熱電偶保護套管設計成雙層保護套管形式，俗稱內(nèi)外套管。其中，外套管固定在高壓內(nèi)缸上，并伸至隔板套內(nèi)調(diào)節(jié)級動葉后。內(nèi)套管則固定在外缸上，并伸入外套管內(nèi)，兩套管軸向保留6.5mm的膨脹間隙。
2、故障現(xiàn)象
近日6號機組運行負荷350MW，主蒸汽溫度537℃、壓強13MPa，再熱蒸汽溫度536℃、壓強1.79MPa，凝汽器真空Ａ側(cè)壓強98kPa，Ｂ側(cè)壓強99kPa，機組各軸瓦（包括推力軸瓦）溫度、振動均顯示正常，潤滑油油溫正常，主機軸向位移+0.27mm，正常。時間：19：21：33，6號機組汽輪機跳閘，鍋爐MFT，跳閘原因顯示為汽輪機軸向位移超過ETS主機位移保護跳機值（+1.0mm/-1.0mm）。停機過程中，汽輪機缸體、軸封、軸瓦沒有明顯異聲。事后檢查6號機組運行參數(shù)歷史曲線，發(fā)現(xiàn)汽輪機跳閘前，時間：19：21：33主機軸向位移由+0.25mm逐漸減小，時間：19：22：03，2號軸瓦振動瞬時突升至X向97.42μm，Y向89.56μm后回落。時間：19：22：54，軸向位移從-0.22mm瞬間大幅變化，最大至-1.85mm。時間：19：23：02，6號機組汽輪機跳閘，此時軸向位移又瞬時變化至+0.25mm。時間：19：23：15，推力軸瓦非工作面瓦塊溫度最高升至123.9℃。根據(jù)運行參數(shù)的變化，初步斷定汽輪機通流部分發(fā)生故障，造成了轉(zhuǎn)子推力異常變化，推力軸瓦非工作面瓦塊磨損，因此申請機組調(diào)停檢查。停機后，對高壓缸解體檢查，發(fā)現(xiàn)有下文所述的缺陷。
2.1 調(diào)節(jié)級蒸汽熱電偶保護套管嚴重損壞
解體后發(fā)現(xiàn)左側(cè)（從機頭往機尾看）內(nèi)、外套管都已完全斷裂脫落，內(nèi)套管掉落在內(nèi)外缸之間，外套管掉落在高壓內(nèi)缸測溫孔內(nèi)。右側(cè)內(nèi)外套管頭部也已損壞，發(fā)生了折斷現(xiàn)象。斷裂情況如圖1-圖3所示。
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圖2 左側(cè)外套管斷裂
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圖4 汽輪機調(diào)節(jié)級葉片損壞
2.3 推力軸瓦非工作面瓦塊完全磨損
解體推力軸瓦，發(fā)現(xiàn)非工作面（機頭側(cè)）瓦塊表面鎢金全部磨損熔化，瓦塊見基材，而工作面瓦塊未發(fā)現(xiàn)異常。檢查轉(zhuǎn)子推力盤，有清楚的整圈摩擦痕跡，但沒有溝槽、劃痕等缺陷。
3、原因分析
3.1 汽輪機故障過程分析
結(jié)合機組故障時運行現(xiàn)象發(fā)生的時間順序及高壓缸解體情況分析，得出以下結(jié)論：此次汽輪機故障的過程是調(diào)節(jié)級蒸汽熱電偶套管發(fā)生脫落后撞擊調(diào)節(jié)級動葉，導致整圈動葉嚴重變形，調(diào)節(jié)級汽流通道面積明顯減小，使得軸系反向推力大幅增大，造成推力軸瓦非工作面瓦塊過載，鎢金磨損，轉(zhuǎn)子軸向位移超過了機組跳閘保護值。
查閱調(diào)節(jié)級蒸汽左、右2支溫度測點歷史數(shù)據(jù)可知，左側(cè)熱電偶數(shù)據(jù)在此次汽輪機故障前早已失去，即左側(cè)內(nèi)外套管早已發(fā)生損壞，而右側(cè)熱電偶數(shù)據(jù)正是在這次故障時失去的，證明右側(cè)熱電偶套管是被左側(cè)套管脫落的殘骸撞擊頭部后發(fā)生彎折的，隨后其與高速旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)級動葉發(fā)生撞擊。
3.2 熱電偶套管脫落原因
從圖2可知，左側(cè)外套管斷面內(nèi)孔呈橢圓形，斷口截面各處寬度差別明顯，由此可確認左側(cè)外套管運行中內(nèi)壁受到了長期的單側(cè)磨損，局部管壁由此減薄。此外，斷口位于套管變徑處，斷口以上套管部分與高壓內(nèi)缸測溫孔成0.05mm的過盈配合，斷口以下部分則有一定間隙，所以形成了所謂“懸臂梁”結(jié)構(gòu)，蒸汽流對伸入高壓隔板套內(nèi)的那段套管表面的沖刷力是不平穩(wěn)的，在套管變徑斷口處產(chǎn)生極大的交變應力，再加上此處管壁減薄，最終發(fā)生斷裂、脫落。隨后，內(nèi)套管在失去外套管的保護后受到高壓汽流的沖刷，因為內(nèi)套管強度遠不及外套管，且內(nèi)套管伸入高壓內(nèi)缸以下的部分同樣也是懸臂梁結(jié)構(gòu)，所以內(nèi)套管也發(fā)生折斷、脫落。脫落的內(nèi)外套管殘骸落在調(diào)節(jié)級后的隔板套內(nèi)，受汽流的沖刷，和周圍的高壓轉(zhuǎn)子、高壓隔板套、高壓第１級靜葉發(fā)生了雜亂無章的撞擊，期間撞擊右側(cè)外套管，使其頭部發(fā)生朝調(diào)節(jié)級動葉方向的彎折，并與調(diào)節(jié)級動葉發(fā)生撞擊。左側(cè)外套管內(nèi)壁長期受到碰磨的主要原因是內(nèi)、外套管安裝不同心。我們可以排除內(nèi)外缸體的相互移動或者套管、缸體測溫孔尺寸不正確等影響因素，剩余最有可能的原因是內(nèi)外缸測溫孔在基建加工時就存在不同心，這可能與測溫孔中心定位方法和鉆孔的準確度不夠有關。
4、改進措施及探討
針對調(diào)節(jié)級熱電偶套管易斷裂脫落的問題，提出了以下幾種改進措施。
4.1 控制缸體測溫孔加工質(zhì)量
對于新加工的機組，嚴格控制加工質(zhì)量。工藝上將各缸體測溫孔從單獨加工改為總裝時號鉆，從而從根本上避免出現(xiàn)各缸體相同測溫孔不同心的問題，同時，所有熱電偶套管在總裝時進行試裝配，不把問題遺留在現(xiàn)場。
該措施不僅從工藝上對缸體測溫孔開孔進行了規(guī)范，而且強調(diào)其在制造廠總裝時進行，以制造廠較高的加工質(zhì)量來保證新機組缸體測溫孔加工的準確性，與電廠現(xiàn)場加工相比，質(zhì)量上更有保證，但不能完全避免熱電偶套管再次發(fā)生脫落。
4.2 高壓隔板套上增加熱電偶保護套
在高壓隔板套測溫孔上加工出螺紋，然后將另外加工好的保護套安裝在螺紋孔上，并焊接。
該措施最大的優(yōu)點是即使調(diào)節(jié)級熱電偶套管發(fā)生斷裂，也不會脫落撞擊到汽輪機葉片，但隔板套測溫孔上螺紋加工困難，同時多出的一層保護套管降低了調(diào)節(jié)級蒸汽溫度測量的準確性。
4.3 調(diào)節(jié)級熱電偶雙層套管改為單撓性套管
將調(diào)節(jié)級蒸汽熱電偶套管由原先的雙層剛性保護套管改為單撓性套管，但套管不穿透高壓內(nèi)缸，內(nèi)缸上的測溫盲孔的孔底距缸體內(nèi)壁保留10.5mm的厚度，這樣保證了調(diào)節(jié)級后蒸汽不會通過內(nèi)缸測溫孔泄漏。套管上段有一波紋節(jié)和一片法蘭，與
