艾倫電廠汽輪機高壓調節汽閥閥座松動磨損問題的分析與處理

張金亮

（國家電投河南電力檢修工程有限公司，河南 開封 475000）

機組為上海汽輪機廠生產的單軸、一次中間再熱、超臨界機組，控制系統采用電液調節系統，操作簡便，運行安全可靠。為防止汽輪機超速，確保機組運行安全，機組設有高壓主汽閥和高壓調節汽閥，主汽閥為開關量調節方式，調節汽閥具備調節和關斷功能，能在機組需求時快速關斷高壓進汽，為機組提供保護。

1 上海汽輪機600 MW機組高壓調節汽閥簡介

機組共設兩個高壓主汽閥，一個高壓主汽閥后配兩個高壓調閥，高壓主汽閥與調閥共用一個腔室，四個高壓調節汽閥均為立式布置，每個閥門各由一個單側油動機控制，油動機桿與閥桿采用聯結件方式聯結，調節汽閥靠液壓開啟，彈簧關閉。油動機根據電液控制系統的控制信號向上移動開啟閥門，反之則關閉，屬于控制型閥門。閥門閥座在出廠時已安裝在閥座安裝孔內。

2 高調門故障及其原因分析

#2機組高壓調節汽閥自投2009年產后，在2015年小修中發現#2、#4高壓調閥閥座有松動現象，將其恢復原位后根據廠家建議對其圓周對稱焊接長度約100 mm進行固定后回裝。2017年底，運行中發現其閥體腔室有異音，計劃在2018年3月小修中對其進行解體檢查。解體后發現#2、#4調閥閥座均出現嚴重的松動、磨損、變形、下沉現象，其中#2調閥閥碟磨損比較嚴重，閥碟密封面已嚴重破壞。分析發生此種現象的原因應為設備運行過程中，隨著蒸汽溫度的升高或降低，閥座相對閥座收縮，兩者之間出現配合緊力變小，甚至出現間隙，閥座在蒸汽流的作用下產生高頻振動，閥殼與閥座由于高頻振動而產生磨損。閥殼與閥座磨損后不能保證設計的過盈量，當摩擦力小于蒸汽力時，即使在正常運行條件下閥座也會產生振動，閥殼與閥座繼續磨損，閥殼與閥座產生更大間隙，直至兩個定位銷磨損斷裂，最后導致閥座松動，閥座與閥殼分離。隨著運行時間的增加，磨損繼續累積惡化，最后導致閥座、閥碟和安裝孔磨損變形。分析產生故障的具體原因主要有以下兩方面。

2.1 閥座安裝孔喉部直徑過小

汽輪機的高壓進汽靠高壓主汽和調節汽閥進行調節，蒸汽在通過高壓主汽閥后靠調節閥門的開度調節進汽量。蒸汽在經過調節閥后有一段漸擴管道，調閥在解體后發現閥座安裝孔的底孔直徑約100 mm，相對閥座內徑146.5 mm，相對小46.5 mm，此孔相當于在調節閥節流后又增加了一道節流孔。蒸汽在流經此縮斷面時會增大流速，經過擴散管段后會減小壓力，這一過程會引起焓降并釋放更多的熱量，對于閥座和閥座安裝孔來說會增大其承受的沖擊力和熱應力。長期在此種工況下工作會影響其金屬特性，進而會影響閥座與安裝孔的配合緊力，經過長周期的運行就會發生上述現象。

2.2 閥座與安裝孔配合過盈量較小

閥座所處工況條件比較苛刻，如果設計的閥座配合過盈量不能滿足工況條件的要求，那么在實際運行中閥座承受得緊力就會小于閥座所受蒸汽力，閥座就會產生振動，對閥座和安裝孔會同時磨損，經過長周期的運行就會發生上述現象。

3 故障處理措施

處理此類故障由于現場操作難度比較大，一般選擇返廠處理，但由于整個閥體是焊接在主蒸汽管道上的，將閥座返廠裝配不僅在檢修成本上比較高，且在計劃檢修工期上不允許，于是制定了現場缺陷處理措施。

3.1 閥座安裝孔處理

（1）由于閥座變形及閥座安裝孔嚴重磨損，決定對閥座進行破壞性取出，采用氣刨割把將閥座取出。（2）拆卸后安裝孔已成一個不規則的橢圓且深度有所增加，決定對閥座進行打磨后進行補焊，焊接工藝咨詢上汽廠家采用ERNiCr-3焊材，先預熱后施焊，再采用保溫棉包裹自然冷卻。（3）對安裝孔進行加工，采用定制的專用鏜孔機利用閥體結合面法蘭進行中心定位，以確保安裝孔的中心符合要求。加工過程中調整刀頭只能從主汽閥進汽孔進入，要保證加工精度操作難度極大，安裝孔的直徑和深度只能根據閥座直徑和測算標高進行初步加工，同時，對安裝部位的底孔直徑擴至150 mm，消除其起到的節流作用。安裝的加工尺寸如表1所示。

表1 閥座安裝孔加工尺寸/mm

（4）安裝孔加工的尺寸確定后，據此進行閥座的精加工，由于新閥座直徑比安裝孔小，且底孔標高與測算的有所偏差，決定對閥座的外圓和底部進行焊接，再對其進行精加工，這樣就能保證閥座與安裝孔的過盈量在0.25～0.30 mm范圍，比設計值0.19～0.23 mm增加0.05 mm。閥座的安裝標高在加工尺寸如表2所示。

表2 閥座安裝加工尺寸/mm

（5）準備閥座的安裝工作，采用專用的加持工具將閥座放入氮氣冷卻室中進行冷卻，同時對閥體腔室采用烤把進行加熱。每隔5 min測量閥座的收縮量和閥體的溫度，收縮量應在0.25 mm以上，閥體溫度應在300 ℃以上開始進行閥座的安裝工作，才能保證閥座一次順利安裝成功。

（6）具備條件后由專人將閥座從主汽閥孔放入調閥孔處，再由專人從調閥法蘭孔使用加長桿旋緊閥座，一次將閥座放入安裝孔。待閥座冷卻后將閥座專用加持工具取出，并注意不能掉入管道中。

（7）采用藍油檢查閥線合格后進行回裝。測量閥門行程如表3所示。

表3 測量閥門閥座安裝前后對比/mm

4 結語

這次閥門缺陷的處理，不僅節約了經濟成本，還在計劃的檢修工期內完成，設備投運后運行穩定，消除了設備重大隱患，為機組的安全運行提供了保障。