汽輪機(jī)中壓調(diào)門閥座密封面現(xiàn)場修復(fù)方案

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(陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102)

1 設(shè)備及缺陷概況

陽城電廠汽輪機(jī)為德國西門子公司生產(chǎn)的K30-40-16，N30-2×10型亞臨界、反動(dòng)式、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組額定功率為350 MW。機(jī)組配置2個(gè)高壓聯(lián)合進(jìn)汽門和2個(gè)中壓聯(lián)合進(jìn)汽門。正常運(yùn)行中，機(jī)組處于協(xié)調(diào)方式，汽機(jī)負(fù)荷控制投入自動(dòng)，通過改變閥門開度大小控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量來調(diào)節(jié)負(fù)荷。

2010年10月，該廠對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行運(yùn)行10年后的首次A級(jí)檢修，中壓調(diào)門作為一重要設(shè)備也進(jìn)行了徹底解體檢修。經(jīng)解體，發(fā)現(xiàn)中壓調(diào)門閥座密封面6點(diǎn)鐘方向(閥芯水平安裝)沖刷嚴(yán)重，密封面受沖刷處深約5～6 mm，長約100 mm，其他密封線位置也存在深約1～2 mm程度不同的沖刷痕跡，見圖1、圖2。

2 處理方案

考慮到閥門所處惡劣工況及閥門的重要性，決定采用微弧焊接進(jìn)行堆焊，然后根據(jù)閥門結(jié)構(gòu)及閥座型線制作專用研磨胎具進(jìn)行研磨修復(fù)。

2.1 微弧焊特點(diǎn)

(1) 放電區(qū)域小，約為0.1 mm2。

(2) 放電時(shí)間短，約為5～10 s。

(3) 電流密度大，105～106 A/cm2。

(4) 由于放電能量在時(shí)間上和空間上高度集中，在放電區(qū)域形成12 000～24 000 ℃(隨電壓和頻率調(diào)整改變)的瞬間高溫區(qū)，使堆焊材料(自熔極)在細(xì)小熔區(qū)高能離子體化，并且迅速擴(kuò)散到工件表層熔區(qū)形成牢固的冶金沉積層，見圖3。

(5) 一般放電周期在10-3～10-1s，每次焊層厚度在0.02～0.05 mm之間，由于屬于離子體滲層形式，焊材與工件表層結(jié)合牢固，可達(dá)材料本身90 %以上的結(jié)合強(qiáng)度。

(6) 完善的氬氣保護(hù)，使焊接質(zhì)量可靠，無氣孔、夾碴、裂紋等問題。

2.2 閥座材質(zhì)及焊材選用

閥座材質(zhì)為G17CrMoV5-10，閥座密封面材質(zhì)為耐高溫鈷基合金，密封面硬度HB385，閥座密封面光譜復(fù)查化學(xué)成分見表1。

Stellite No.6是一種耐磨損、耐腐蝕以及耐高溫氧化的硬質(zhì)合金，即通常所說的鈷鉻鎢(鉬)合金或鈷基合金。被鉻和鎢合金化的司太立合金具有很好的抗氧化性、抗腐蝕性和耐熱性，在650 ℃時(shí)仍能保持較高的硬度和強(qiáng)度，這是該合金區(qū)別于鎳基和鐵基合金的重要特點(diǎn)。司太立合金機(jī)加工后的表面粗糙度低，具有高的抗擦傷能力和低的摩擦系數(shù)，也適用于粘著磨損，尤其在滑動(dòng)和接觸的閥門密封面上。因而，可用作高溫高壓閥門的密封面材料。據(jù)此選用焊材：Stellite No.6，硬度HRC39-43，化學(xué)成分見表2。

表1 閥座密封面化學(xué)成分分析

表2 Stellite No.6化學(xué)成分分析

2.3 現(xiàn)場焊接

(1) 焊前粗加工。將閥座密封面損傷及相鄰部位打磨至出現(xiàn)金屬光澤、圓滑狀態(tài)，著色探傷檢查無缺陷，打磨部位用丙酮清洗干凈。

(2) 現(xiàn)場焊接。采用微弧焊，對(duì)缺陷處進(jìn)行分層堆焊Stellite No.6，按每層堆焊厚度約0.03 mm進(jìn)行。按照放電頻率200～250 Hz，電壓60～80 V進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，焊絲轉(zhuǎn)速不能過快，以能夠克服電流相吸的力即可，始終保持焊絲尖點(diǎn)放電。

(3) 焊后用電磨粗加工，留0.1 mm研磨余量。

(4) 著色探傷檢查焊接質(zhì)量，應(yīng)無氣孔、夾渣、微裂紋(允許有少量不相連線的紅點(diǎn))，否則將缺陷部位打磨去除，重新堆焊。

2.4 現(xiàn)場研磨修復(fù)

(1) 修復(fù)前：現(xiàn)場測量中壓調(diào)門閥座密封面型面及定位等相關(guān)數(shù)據(jù)，并按現(xiàn)場測繪數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)制造中壓調(diào)門閥座密封面修復(fù)專用工裝。

(2) 以閥門法蘭口為定位基準(zhǔn)，安裝閥座密封面研磨設(shè)備，調(diào)整閥座密封面研磨設(shè)備中心，詳見圖4。

(3) 分粗、精、超精密3種方案研磨閥座密封面。粗研磨，選用100號(hào)～150號(hào)砂布，去除閥座密封面上氧化層及小的缺陷點(diǎn)，表面粗糙度為3.2μm。精研磨，選用240號(hào)～320號(hào)砂布，去除粗加工時(shí)留下的加工痕跡，表面粗糙度為1.6μm。超精密研磨，選用320號(hào)～1000號(hào)水磨砂紙，對(duì)精加工的閥座密封面進(jìn)行拋光處理，表面粗糙度為0.8μm。

2.5 現(xiàn)場驗(yàn)收

(1) 堆焊處著色探傷檢查，無任何氣孔、夾渣、漏焊、微裂紋等缺陷。

(2) 閥座密封型面與原型面相同，⊥≯0.03 mm，◎≯0.03 mm，表面粗糙度為0.8μm。

(3) 閥座、閥芯密封面紅丹粉著色檢查，密封線連續(xù)均勻，100 %連續(xù)接觸，線寬≯3 mm。

3 結(jié)束語

在修后機(jī)組啟動(dòng)暖機(jī)過程中，中壓主汽門開啟后，中壓調(diào)門嚴(yán)密不漏，修復(fù)效果良好。由于汽輪機(jī)高中壓聯(lián)合汽門長期處于高溫高壓的惡劣環(huán)境下工作，閥芯、閥座容易受到汽流沖蝕而產(chǎn)生泄漏。選用合適焊材對(duì)閥芯、閥座損傷部位采用微弧焊接方式堆焊處理，閥體熱變形小，焊材與母體結(jié)合牢固，然后根據(jù)閥芯型線制作專用工裝進(jìn)行研磨處理是一套行之有效的解決方案。