引進(jìn)型超臨界汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥閥座松動(dòng)處理

梁幫平，謝旭陽(yáng)，陳增春，吳勝杰，邵紅軍

（1.安徽華電宿州發(fā)電有限公司，安徽 宿州 234101；2.華能沾化熱電有限公司，山東 沾化 256800）

0 引言

華電宿州發(fā)電廠一期工程安裝兩臺(tái)630 MW超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)為引進(jìn)生產(chǎn)的美國(guó)西屋公司技術(shù)汽輪機(jī)，型號(hào)為N630-24.2/566/566。汽輪機(jī)型式為超臨界、單軸、三缸、四排汽、中間再熱、凝汽式，原始設(shè)計(jì)額定功率為630 MW，最大連續(xù)出力為648 MW。兩臺(tái)機(jī)組分別于2007年9月、11月投產(chǎn)發(fā)電。高壓調(diào)節(jié)閥閥體上加工有基孔，閥座采用液氮冷卻后裝入基孔，與基孔有0.19～0.23 mm過(guò)盈量。 閥體與閥座之間開孔打入止動(dòng)銷，外部加裝絲堵并封焊。大部分機(jī)組在第一次高調(diào)門閥座松動(dòng)后將閥組割下返廠處理，制造廠將閥座過(guò)盈量加大到0.28 mm，閥座與閥體結(jié)合處增加封焊。

1 高壓調(diào)節(jié)閥閥座歷次檢查

2008年10月，對(duì)1號(hào)機(jī)組第一次檢查性大修，對(duì)1號(hào)機(jī)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)高調(diào)門解體檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)閥座與閥體配合有間隙，在用銅棒敲擊閥座時(shí)有明顯的松動(dòng)現(xiàn)象。2號(hào)高調(diào)門閥座松動(dòng)尤為嚴(yán)重，已完全松脫。2008年10月26日，公司組織制造廠代表召開專題會(huì)，確定最終處理方案，為了防止4號(hào)高調(diào)門閥座出現(xiàn)類似的松脫現(xiàn)象，決定將1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)高調(diào)門閥座全部更換處理，制造廠嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求確保安裝工藝。過(guò)盈量及防轉(zhuǎn)銷的配合尺寸符合圖紙要求。

2009年4月，對(duì)2號(hào)機(jī)組第一次檢查性大修，對(duì)1號(hào)機(jī)高調(diào)門解體檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，4只高壓進(jìn)汽調(diào)閥閥座都有不同程度的松動(dòng)現(xiàn)象，在用銅棒敲擊閥座時(shí)有明顯的松動(dòng)現(xiàn)象，按照1號(hào)機(jī)方案返廠處理。缺陷如圖1所示。

圖1 3號(hào)高壓進(jìn)汽調(diào)閥閥座松動(dòng)

2012年10月13日，1號(hào)機(jī)組小修期間，考慮到4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥閥桿斷裂，利用小修機(jī)會(huì)更換新的閥桿。4號(hào)高調(diào)閥解體過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，閥座焊線開裂1/2，用木棒敲擊存在明顯金屬撞擊的聲音，判斷為閥座存在松動(dòng)隱患。缺陷如圖2所示。

圖2 4號(hào)高壓進(jìn)汽調(diào)閥閥座

2013年5月，1號(hào)機(jī)組大修，高壓調(diào)節(jié)閥解體，用銅棒對(duì)閥座進(jìn)行敲擊。檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)、2高調(diào)閥焊線部分開裂，開裂幅度達(dá)1/2。3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥閥座轉(zhuǎn)動(dòng)3 mm，4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥銷子處閥座聲音正常，其余地方用銅棒敲擊聲音異常，用木頭手柄敲擊有明顯金屬撞擊聲音。判斷3號(hào)、4號(hào)高調(diào)閥閥座二次松脫。

2 同類型機(jī)組高調(diào)閥閥座松動(dòng)調(diào)研

該類型600 MW汽輪機(jī)，高壓調(diào)節(jié)閥普遍存在閥座松動(dòng)的情況，共20臺(tái)機(jī)組均發(fā)生過(guò)閥座松動(dòng)情況。

福建某電廠2號(hào)機(jī)2008年8月發(fā)生4號(hào)高調(diào)閥閥座松脫，圖3所示。

圖3 閥座浮起發(fā)生翻轉(zhuǎn)

圖4 閥座松動(dòng)造成銷子泄漏

河南某電廠1號(hào)機(jī)2008年5月發(fā)生閥座松動(dòng)引發(fā)銷子泄漏，圖4所示。

江蘇某電廠1號(hào)機(jī)2011年10月發(fā)生閥座浮起。2010年5月發(fā)生高壓調(diào)節(jié)閥閥座單邊脫出浮起40 mm，閥心與閥座僅能單邊38 mm接觸的情況。

江蘇某電廠5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)4臺(tái)機(jī)組發(fā)生閥座松動(dòng)，6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)3臺(tái)600 MW機(jī)組共12個(gè)閥座現(xiàn)場(chǎng)檢查閥座松動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拆卸。

3 高壓調(diào)節(jié)閥閥座松動(dòng)的危害

高壓調(diào)節(jié)閥閥座通常設(shè)計(jì)為長(zhǎng)頸擴(kuò)散器或者短頸擴(kuò)散器，目的基于兩點(diǎn)。一是組織來(lái)流穩(wěn)流有序，所有上游來(lái)汽是紊亂狀態(tài)，若上游來(lái)汽不經(jīng)組織，勢(shì)必造成無(wú)序流動(dòng)，導(dǎo)致流動(dòng)嚴(yán)重阻塞或進(jìn)汽后汽流調(diào)整困難；二是有效回收高速流動(dòng)的動(dòng)能，使之恢復(fù)成高位勢(shì)能。無(wú)論閥后的噴嘴組是沖動(dòng)式葉柵還是反動(dòng)式葉柵，都要求“葉柵前的來(lái)流是無(wú)限穩(wěn)流，這意味著來(lái)流是將高速動(dòng)能通過(guò)擴(kuò)散器，轉(zhuǎn)換為勢(shì)能，恢復(fù)來(lái)流的壓力，以便進(jìn)入葉柵更高效做功，如同汽流通過(guò)動(dòng)葉葉柵后，迅速擴(kuò)壓后減速成緩流，再進(jìn)入靜葉柵的原理相同”［1］。

擴(kuò)散器松動(dòng)事故主要是由于閥座在受熱狀態(tài)下擴(kuò)散器過(guò)盈量減少或者消失，導(dǎo)致擴(kuò)散器上浮，事故主要表現(xiàn)在：閥桿振動(dòng)，軸向振動(dòng)劇烈；機(jī)組變工況時(shí)調(diào)閥嚴(yán)重遲緩或無(wú)法加減功率，機(jī)組異常噪音甚至嘯叫。閥座松動(dòng)上浮還會(huì)引起機(jī)組惰走時(shí)間長(zhǎng)，汽門嚴(yán)密性不合格甚至可能引發(fā)汽輪機(jī)超速的惡性事故［2］。

4 高壓調(diào)節(jié)閥閥座松動(dòng)原因分析和處理

4.1 閥座松動(dòng)原因

高調(diào)閥閥座松動(dòng)是共性問(wèn)題，公司在2008年底1號(hào)機(jī)大修時(shí)檢查閥座松動(dòng)，對(duì)其割除返廠處理，當(dāng)時(shí)處理工藝為將過(guò)盈間隙由0.22 mm放大到0.28 mm，對(duì)閥座邊緣焊接固定。現(xiàn)在看來(lái)，當(dāng)時(shí)處理工藝存在明顯缺失。針對(duì)高調(diào)門閥座松動(dòng)，制造廠2009年底起使用新型閥座，閥座材質(zhì)由10325 PJ（12 Cr2Mo）變更為X10CrMoVNb9-1，閥座結(jié)合處長(zhǎng)度增加30mm；閥座配合緊力由0.21 mm增大至0.30 mm。閥座二次松動(dòng)原因?yàn)橹圃鞆S對(duì)西屋引進(jìn)型技術(shù)消化不良，安裝工藝達(dá)不到，在機(jī)組啟停及變工況過(guò)程中，閥座在受熱狀態(tài)下擴(kuò)散器過(guò)盈量減少導(dǎo)致松動(dòng)。機(jī)組運(yùn)行期間，閥座在高溫下產(chǎn)生變形，閥座的過(guò)盈量逐漸變小甚至消失，是導(dǎo)致閥座松動(dòng)的主要原因。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，原閥座設(shè)計(jì)過(guò)短，與閥體之間接觸面積偏小，導(dǎo)致過(guò)盈力偏小。閥體母材材質(zhì)（10315 AP，相當(dāng)于ZG15Cr1Mo1V）高溫力學(xué)性能余 量過(guò)小，高溫下長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致閥殼與閥座之間的過(guò)盈配合失效，也是閥座產(chǎn)生松動(dòng)的原因之一。

4.2 閥座松動(dòng)處理方案

2009年底起對(duì)閥座的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，閥座材質(zhì)由10325PJ（12Cr2Mo）變更為X10CrMoVNb9-1（相當(dāng)于P91材質(zhì)），閥座結(jié)合處長(zhǎng)度增加30 mm，閥座配合緊力上限由0.23 mm增大至0.28 mm。考慮到高聯(lián)門已經(jīng)割除1次，對(duì)3號(hào)、4號(hào)高調(diào)閥閥座進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)更換。 首先采用鉆削方案將銷子拔出，然后制作專用工具用千斤頂將舊閥座呈向上拉的態(tài)勢(shì)。在舊閥座底部加裝密封板，注入液氮將其快速冷卻，消除過(guò)盈量后將閥座拔出，用鏜削機(jī)將高調(diào)閥基孔按照新型閥座尺寸加工至橢圓度、錐度、粗糙度合格。新閥座在液氮中緩冷后浸泡50min，快速將新閥座放入閥坑基孔內(nèi)。工裝壓板壓緊至閥座恢復(fù)常溫，加工銷孔、檢驗(yàn)密封線，縫焊螺塞，最后檢查管道無(wú)異物。機(jī)組修后高調(diào)閥閥序保持為1-2-3-4，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中盡可能減小閥座與閥體的溫差，保證暖機(jī)充分。

5 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，盡量控制蒸汽參數(shù)的絕對(duì)溫差和溫升速率。適當(dāng)?shù)丶訜嵴羝遥趶闹髌y控制轉(zhuǎn)速切換到調(diào)閥控制轉(zhuǎn)速之前，蒸汽室的內(nèi)表面溫度由緊靠?jī)?nèi)表面的深孔熱電偶測(cè)量應(yīng)等于或大于對(duì)應(yīng)主汽閥前主蒸汽壓力的飽和溫度。 切換時(shí)，主汽閥的汽溫應(yīng)等于或高于“切換時(shí)主汽閥進(jìn)口最低汽溫”曲線值。 由于從主汽閥控制轉(zhuǎn)速切換到調(diào)閥控制轉(zhuǎn)速，使得蒸汽室壓力升高，這些最低溫度的規(guī)定能避免形成大量的水。 經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)更換閥座的方案經(jīng)濟(jì)有效，可以有效避免閥座松動(dòng)的發(fā)生。

［1］吳季蘭.汽輪機(jī)設(shè)備與系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1998.

［2］黃慶華.汽輪機(jī)主汽門優(yōu)化設(shè)計(jì)［D］.上海：上海交通大學(xué)，2007.