引進(jìn)型超臨界汽輪機高壓調節閥閥座松動(dòng)處理

　　華電宿州發(fā)電廠(chǎng)采用引進(jìn)西屋技術(shù)生產(chǎn)的630MW超臨界汽輪機。自投產(chǎn)以來(lái)，高壓調節閥先后發(fā)生閥座松動(dòng)，經(jīng)返廠(chǎng)處理未能完全消除隱患。通過(guò)對高壓調節閥閥座松動(dòng)進(jìn)行原因分析，并采取可靠現場(chǎng)處理方案，保證機組安全穩定運行。

引言

　　華電宿州發(fā)電廠(chǎng)一期工程安裝兩臺630MW超臨界燃煤汽輪發(fā)電機組。汽輪機為引進(jìn)生產(chǎn)的美國西屋公司技術(shù)汽輪機，型號為N630-24.2/566/566。汽輪機型式為超臨界、單軸、三缸、四排汽、中間再熱、凝汽式，原始設計額定功率為630MW，最大連續出力為648MW。兩臺機組分別于2007年9月、11月投產(chǎn)發(fā)電。高壓調節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0.19～0.23mm過(guò)盈量。閥體與閥座之間開(kāi)孔打入止動(dòng)銷(xiāo)，外部加裝絲堵并封焊。大部分機組在第一次高調門(mén)閥座松動(dòng)后將閥組割下返廠(chǎng)處理，制造廠(chǎng)將閥座過(guò)盈量加大到0.28mm，閥座與閥體結合處增加封焊。

1、高壓調節閥閥座歷次檢查

　　2008年10月，對1號機組第一次檢查性大修，對1號機1號、2號、3號高調門(mén)解體檢查時(shí)，發(fā)現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)現象。2號高調門(mén)閥座松動(dòng)尤為嚴重，已完全松脫。2008年10月26日，公司組織制造廠(chǎng)代表召開(kāi)專(zhuān)題會(huì )，確定最終處理方案，為了防止4號高調門(mén)閥座出現類(lèi)似的松脫現象，決定將1號、2號、3號、4號高調門(mén)閥座全部更換處理，制造廠(chǎng)嚴格按照設計要求確保安裝工藝。過(guò)盈量及防轉銷(xiāo)的配合尺寸符合圖紙要求。

　　2009年4月，對2號機組第一次檢查性大修，對1號機高調門(mén)解體檢查時(shí)發(fā)現，4只高壓進(jìn)汽調閥閥座都有不同程度的松動(dòng)現象，在用銅棒敲擊閥座時(shí)有明顯的松動(dòng)現象，按照1號機方案返廠(chǎng)處理。缺陷如圖1所示。

圖1 3號高壓進(jìn)汽調閥閥座松動(dòng)

　　2012年10月13日，1號機組小修期間，考慮到4號高壓調節閥閥桿斷裂，利用小修機會(huì )更換新的閥桿。4號高調閥解體過(guò)程中發(fā)現，閥座焊線(xiàn)開(kāi)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號高壓進(jìn)汽調閥閥座

　　2013年5月，1號機組大修，高壓調節閥解體，用銅棒對閥座進(jìn)行敲擊。檢查發(fā)現1號、2高調閥焊線(xiàn)部分開(kāi)裂，開(kāi)裂幅度達1/2。3號高壓調節閥閥座轉動(dòng)3mm，4號高壓調節閥銷(xiāo)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、4號高調閥閥座二次松脫。

2、同類(lèi)型機組高調閥閥座松動(dòng)調研

　　該類(lèi)型600MW汽輪機，高壓調節閥普遍存在閥座松動(dòng)的情況，共20臺機組均發(fā)生過(guò)閥座松動(dòng)情況。

　　福建某電廠(chǎng)2號機2008年8月發(fā)生4號高調閥閥座松脫，圖3所示。

圖3 閥座浮起發(fā)生翻轉

　　河南某電廠(chǎng)1號機2008年5月發(fā)生閥座松動(dòng)引發(fā)銷(xiāo)子泄漏，圖4所示。

圖4 閥座松動(dòng)造成銷(xiāo)子泄漏

　　江蘇某電廠(chǎng)1號機2011年10月發(fā)生閥座浮起。2010年5月發(fā)生高壓調節閥閥座單邊脫出浮起40mm，閥心與閥座僅能單邊38mm接觸的情況。

　　江蘇某電廠(chǎng)5號、6號、7號、8號4臺機組發(fā)生閥座松動(dòng)，6號、7號、8號3臺600MW機組共12個(gè)閥座現場(chǎng)檢查閥座松動(dòng)，現場(chǎng)進(jìn)行拆卸。

3、高壓調節閥閥座松動(dòng)的危害

　　高壓調節閥閥座通常設計為長(cháng)頸擴散器或者短頸擴散器，目的基于兩點(diǎn)。一是組織來(lái)流穩流有序，所有上游來(lái)汽是紊亂狀態(tài)，若上游來(lái)汽不經(jīng)組織，勢必造成無(wú)序流動(dòng)，導致流動(dòng)嚴重阻塞或進(jìn)汽后汽流調整困難;二是有效回收高速流動(dòng)的動(dòng)能，使之恢復成高位勢能。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)限穩流，這意味著(zhù)來(lái)流是將高速動(dòng)能通過(guò)擴散器，轉換為勢能，恢復來(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，迅速擴壓后減速成緩流，再進(jìn)入靜葉柵的原理相同”。

　　擴散器松動(dòng)事故主要是由于閥座在受熱狀態(tài)下擴散器過(guò)盈量減少或者消失，導致擴散器上浮，事故主要表現在：閥桿振動(dòng)，軸向振動(dòng)劇烈;機組變工況時(shí)調閥嚴重遲緩或無(wú)法加減功率，機組異常噪音甚至嘯叫。閥座松動(dòng)上浮還會(huì )引起機組惰走時(shí)間長(cháng)，汽門(mén)嚴密性不合格甚至可能引發(fā)汽輪機超速的惡性事故。

4、高壓調節閥閥座松動(dòng)原因分析和處理

4.1、閥座松動(dòng)原因

　　高調閥閥座松動(dòng)是共性問(wèn)題，公司在2008年底1號機大修時(shí)檢查閥座松動(dòng)，對其割除返廠(chǎng)處理，當時(shí)處理工藝為將過(guò)盈間隙由0.22mm放大到0.28mm，對閥座邊緣焊接固定�，F在看來(lái)，當時(shí)處理工藝存在明顯缺失。針對高調門(mén)閥座松動(dòng)，制造廠(chǎng)2009年底起使用新型閥座，閥座材質(zhì)由10325PJ(12Cr2Mo)變更為X10CrMoVNb9-1，閥座結合處長(cháng)度增加30mm;閥座配合緊力由0.21mm增大至0.30mm。閥座二次松動(dòng)原因為制造廠(chǎng)對西屋引進(jìn)型技術(shù)消化不良，安裝工藝達不到，在機組啟停及變工況過(guò)程中，閥座在受熱狀態(tài)下擴散器過(guò)盈量減少導致松動(dòng)。機組運行期間，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，是導致閥座松動(dòng)的主要原因。結構設計上，原閥座設計過(guò)短，與閥體之間接觸面積偏小，導致過(guò)盈力偏小。閥體母材材質(zhì)(10315AP，相當于ZG15Cr1Mo1V)高溫力學(xué)性能余量過(guò)小，高溫下長(cháng)期運行過(guò)程中產(chǎn)生塑性變形，導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年底起對閥座的材質(zhì)和結構進(jìn)行改進(jìn)，閥座材質(zhì)由10325PJ(12Cr2Mo)變更為X10CrMoVNb9-1(相當于P91材質(zhì))，閥座結合處長(cháng)度增加30mm，閥座配合緊力上限由0.23mm增大至0.28mm�？紤]到高聯(lián)門(mén)已經(jīng)割除1次，對3號、4號高調閥閥座進(jìn)行現場(chǎng)更換。首先采用鉆削方案將銷(xiāo)子拔出，然后制作專(zhuān)用工具用千斤頂將舊閥座呈向上拉的態(tài)勢。

　　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，用鏜削機將高調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。工裝壓板壓緊至閥座恢復常溫，加工銷(xiāo)孔、檢驗密封線(xiàn)，縫焊螺塞，最后檢查管道無(wú)異物。機組修后高調閥閥序保持為1-2-3-4，機組啟動(dòng)過(guò)程中盡可能減小閥座與閥體的溫差，保證暖機充分。

5、結語(yǔ)

　　在機組啟動(dòng)過(guò)程中，盡量控制蒸汽參數的絕對溫差和溫升速率。適當地加熱蒸汽室，在從主汽閥控制轉速切換到調閥控制轉速之前，蒸汽室的內表面溫度由緊靠?jì)缺砻娴纳羁谉犭娕紲y量應等于或大于對應主汽閥前主蒸汽壓力的飽和溫度。切換時(shí)，主汽閥的汽溫應等于或高于“切換時(shí)主汽閥進(jìn)口最低汽溫”曲線(xiàn)值。由于從主汽閥控制轉速切換到調閥控制轉速，使得蒸汽室壓力升高，這些最低溫度的規定能避免形成大量的水。經(jīng)實(shí)踐驗證，現場(chǎng)更換閥座的方案經(jīng)濟有效，可以有效避免閥座松動(dòng)的發(fā)生。