660 MW超超臨界二次再熱汽輪機(jī)閥門裝配技術(shù)

張桂明，胡開(kāi)吉（東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000）

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660 MW超超臨界二次再熱汽輪機(jī)閥門裝配技術(shù)

張桂明，胡開(kāi)吉
（東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000）

摘要：文章就公司自主開(kāi)發(fā)的660 MW二次再熱機(jī)組的閥門裝配技術(shù)進(jìn)行介紹。針對(duì)閥門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了其裝配工藝流程、閥芯及閥蓋部件的安裝，文章內(nèi)容將為同類型閥門的安裝提供有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：660 MW，二次再熱，閥門裝配

0 引言

隨著化石燃料的枯竭以及國(guó)際社會(huì)對(duì)電廠CO2排放限制的增強(qiáng)，發(fā)展高參數(shù)大容量的超超臨界機(jī)組、提高火電機(jī)組發(fā)電效率、降低污染物及CO2排放成為我國(guó)電力生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。二次再熱技術(shù)是《國(guó)家能源技術(shù)“十二五”規(guī)劃》重點(diǎn)攻關(guān)技術(shù)，也是當(dāng)前世界領(lǐng)先的發(fā)電技術(shù)，具有高效率、低能耗等優(yōu)勢(shì)。據(jù)測(cè)算，二次再熱機(jī)組熱效率比常規(guī)一次再熱機(jī)組約高2%，二氧化碳減排約3.6%。在我國(guó)700℃等級(jí)鎳基材料解決之前，二次再熱技術(shù)是提高火力發(fā)電機(jī)組熱效率切實(shí)可行的有效手段[1]。

為進(jìn)一步降低機(jī)組熱耗，東汽自主研發(fā)了660 MW超超臨界二次再熱機(jī)組，首臺(tái)機(jī)組于2015年6月1日在華能安源電廠成功并網(wǎng)發(fā)電，該機(jī)組為目前世界上投運(yùn)的參數(shù)最高的二次再熱機(jī)組，主蒸汽參數(shù)為31 MPa/600℃/620℃/620℃。為單軸、四缸四排汽(高中壓缸合缸)、超高壓缸為筒形缸結(jié)構(gòu)。共采用了3組全新結(jié)構(gòu)的閥門，本文就該機(jī)組閥門的裝配技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1 閥門結(jié)構(gòu)介紹

該機(jī)組共采用了3組閥門，分別為超高壓閥、高壓閥及中壓閥。超高壓閥2個(gè)，采用立式布置，高壓閥及中壓閥各2個(gè)，采用臥式布置方式。

2 整體裝配方案及裝配工藝流程

2.1 整體裝配方案

閥門在制造廠內(nèi)通常采用以下2種裝配方案：一是立式裝配（見(jiàn)圖1），裝配時(shí)，閥桿朝向?yàn)樘斓胤较?；二是臥式裝配（見(jiàn)圖2），裝配時(shí)，閥桿朝向?yàn)樗椒较?。?duì)于裝配的便捷性而言，立式裝配最為便捷，需要的專用工具少，而臥式裝配則需要專用的配重工具，操作也較為復(fù)雜。

裝配方式的選擇通常是根據(jù)閥門的電廠布置方式及結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)于超高壓主汽調(diào)節(jié)閥，其布置方式為立式布置，且結(jié)構(gòu)尺寸不大，則采用立式裝配。而高壓及中壓閥布置方式為臥式布置，為了檢驗(yàn)隨機(jī)工具設(shè)計(jì)、制造的正確性，同時(shí)，在制造廠內(nèi)模擬電廠的安裝，裝配過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可以在廠內(nèi)進(jìn)行解決，因此，采用臥式裝配。

圖1　立式裝配示意圖　

圖2　臥式裝配示意圖

2.2 裝配工藝流程

待裝部件清理及材質(zhì)復(fù)查→閥座裝配→套筒與襯套部件裝配→閥碟與閥桿部件裝配→濾網(wǎng)安裝→閥蓋部件裝配→油動(dòng)機(jī)與操縱座安裝→解體、發(fā)貨。

3 閥門部件裝配

3.1 超高壓主汽調(diào)節(jié)閥裝配

超高壓閥中的主汽閥及調(diào)節(jié)閥均采用了具有高承壓能力的雙閥蓋結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3），裝配需要重點(diǎn)控制閥芯與套筒密封部件的裝配（見(jiàn)圖4、圖5）以及閥碟與閥座接觸線檢查、研磨。這些部件的裝配質(zhì)量將直接影響機(jī)組的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

圖3　超高壓主汽調(diào)節(jié)閥示意圖

圖4　主汽閥閥芯及套筒部件

圖5　調(diào)節(jié)閥閥芯及套筒部件

3.1.1 主汽閥閥芯及套筒部件裝配

（1）套筒與襯套裝配

套筒與襯套間為過(guò)盈配合，采用冷裝方式（見(jiàn)圖6）。通過(guò)液氮冷卻襯套后，裝入套筒中。安裝前，需實(shí)測(cè)套筒內(nèi)孔及襯套內(nèi)外徑尺寸，確保配合間隙滿足設(shè)計(jì)要求后，再進(jìn)行冷裝。冷裝過(guò)程采用液氮熏冷的方式冷卻，而不能直接將襯套浸入液氮中，否則，將可能由于降溫速率過(guò)快，而不同材質(zhì)線膨脹系數(shù)不同，造成襯套內(nèi)壁司太立合金堆焊層內(nèi)部微觀缺陷顯現(xiàn)裂紋。為了保證上、下襯套的同心度，在襯套安裝完且溫度恢復(fù)到室溫后，采用工藝試棒插入襯套中，確保試棒能夠順利插入不卡澀。

圖6　套筒與密封環(huán)裝配

（2）閥碟部件裝配

閥碟部件的裝配示意圖如圖7所示，主要工作為各襯套部件的安裝、預(yù)啟閥碟接觸檢查、預(yù)啟閥行程及間隙調(diào)整。

a）襯套安裝

如圖7所示，襯套（件9）、鍵槽（件10）、卡環(huán)（件12）與閥碟（件1）之間均為過(guò)盈配合，采用液氮冷卻方式裝配。各部件安裝合格后，對(duì)閥碟端部與卡環(huán)（件8）配合部位進(jìn)行四周斂縫，最后對(duì)斂縫部位PT探傷，應(yīng)無(wú)裂紋。

圖7　主汽閥閥芯裝配

b）預(yù)啟閥碟接觸檢查

安裝預(yù)啟閥碟前，首先檢查預(yù)啟閥碟（件6）與閥座（件7）間的接觸。檢查時(shí)，在閥碟上涂紅丹粉，然后將閥碟放在閥座上，檢查閥碟與閥座間的接觸線。整圈（連續(xù)）接觸且接觸線寬度符合要求（見(jiàn)圖8），若接觸超差，則采用機(jī)床對(duì)閥座或閥碟間的接觸部位進(jìn)行拋磨。

圖8　預(yù)啟閥碟接觸研磨

c）預(yù)啟閥行程及間隙調(diào)整

冷態(tài)下，閥門在全關(guān)狀態(tài)時(shí)，閥碟（件6）與閥蓋（件4）、閥碟與閥桿（件2）間的軸向間隙通過(guò)補(bǔ)充加工閥碟的上下2個(gè)端面保證。測(cè)量及調(diào)整方法如下：首先，將閥芯及套筒部件整體吊至裝配平臺(tái)上（見(jiàn)圖9），取掉閥蓋后，按圖10實(shí)測(cè)各零件之間的相對(duì)間隙值，由公式：S（實(shí)）=L1+ L2-L，得出配準(zhǔn)前的實(shí)際間隙值后，加工量δ（下）= S（設(shè)）-S（實(shí)）即可得出閥碟下部的加工量。而上部加工量δ（上）=S（設(shè)）-（L3-L2）。

圖9　閥碟與套筒部件安裝

圖10　預(yù)啟閥碟行程測(cè)量

3.1.2 調(diào)節(jié)閥閥芯及套筒部件裝配

（1）套筒與襯套裝配

調(diào)節(jié)閥套筒與襯套的裝配示意圖如圖11所示，其中，閥套（件1）與銷緊套（件5）、上下襯套（件4、件6）與銷緊套之間均為過(guò)盈配合。根據(jù)配合部件的結(jié)構(gòu)，件1與件5采用紅套的裝配方式，件4、件6與件5則采用液氮冷裝方式。

圖11　調(diào)節(jié)閥套筒與襯套部件

a）上、下襯套安裝

上、下襯套的安裝方式與主汽閥套筒與襯套的安裝方式一樣，采用液氮冷卻后安裝。

b）閥套安裝

通過(guò)天然氣加熱閥套（件1）內(nèi)孔至設(shè)定尺寸后，將閥套裝入銷緊套（件5）。并采用工裝壓緊閥套，使閥套端面與銷緊套端面緊密貼合，冷卻至室溫。然后鉆鉸閥套與銷緊套間的定位銷（件2）。最后配入定位銷。

c）閥套、上下襯套同心度檢查

銷緊套與閥套（件1）、上下襯套安裝完成后，采用工藝試棒檢查同心度，確保試棒順利穿過(guò)上、下襯套無(wú)卡澀。并采用百分表檢查下襯套內(nèi)孔與閥套間的同心度，同心度控制在0.03 mm以內(nèi)。

（2）閥碟部件裝配

閥碟部件（見(jiàn)圖5）的裝配主要包括預(yù)啟閥行程調(diào)整、預(yù)啟閥碟與閥座間的接觸檢查。最后安裝閥碟上的防轉(zhuǎn)螺釘。

3.1.3 閥座裝配

a）主汽閥座裝配

主汽閥座外圓與閥殼內(nèi)孔間為間隙配合。裝配時(shí)，需確保閥座把緊后，其閥座與閥殼間的貼合面無(wú)間隙（見(jiàn)圖12）。因此，在安裝金屬纏繞墊片（件3）前、后，分別在閥座圓周方向均勻4點(diǎn)測(cè)量“H”值，保證兩次測(cè)量的“H”值一致，最終確保金屬纏繞墊片壓縮到位。

b）調(diào)節(jié)閥座裝配

調(diào)節(jié)閥座與閥殼間為過(guò)盈配合（如圖13所示），對(duì)于這種大尺寸且堆焊有司太立合金的閥座的過(guò)盈裝配，若采用液氮冷卻，司太立合金焊接部位易產(chǎn)生裂紋。通常采用熱裝，即加熱閥殼外壁，使其閥殼內(nèi)孔膨脹至預(yù)定值后，再裝入閥座。常用的加熱方式有2種，一是天然氣加熱，二是電感應(yīng)加熱，2種方式的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示，由于閥殼為新12Cr（CB2）材料，較為特殊，為便于溫度的控制，防止加熱過(guò)快對(duì)材料造成不利影響，采用了電感應(yīng)加熱。

圖12　主汽閥座安裝示意圖

圖13　調(diào)節(jié)閥座安裝示意圖

表1　2種加熱方式優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.2 高壓主汽調(diào)節(jié)閥及中壓主汽調(diào)節(jié)閥裝配

高壓主汽調(diào)節(jié)閥及中壓主汽調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似（見(jiàn)圖14、圖15），均為單閥蓋結(jié)構(gòu)，電廠的布置方式為臥式布置，不管是閥芯部件還是閥蓋部件的裝配方式基本一樣。因此，下文主要針對(duì)中壓主汽調(diào)節(jié)閥的裝配技術(shù)進(jìn)行介紹。

圖14　高壓主汽調(diào)節(jié)閥示意圖

圖15　中壓主汽調(diào)節(jié)閥示意圖

3.2.1 中壓閥蓋部件裝配

主汽閥及調(diào)節(jié)閥的閥蓋部件結(jié)構(gòu)類似，如圖16所示，主要為襯套（件2～4）、閥套（件5）與閥蓋（件1）間的裝配。襯套的安裝也是采用液氮熏冷后安裝，最后進(jìn)行端部斂縫。閥套與閥蓋的裝配，首先需檢查閥套內(nèi)孔與閥蓋外圓間的配合間隙合格，最終把緊螺栓（件6）并斂縫。

圖16　中壓主汽閥蓋示意圖

3.2.2 閥碟與閥桿部件裝配

閥碟與閥桿間主要進(jìn)行預(yù)啟閥碟接觸檢查及預(yù)啟閥行程調(diào)整。最后完成閥碟螺母與閥碟的擰緊及騎縫銷的鉆鉸（見(jiàn)圖17）。

圖17　中壓閥碟與閥桿示意圖

a）預(yù)啟閥行程調(diào)整

預(yù)啟閥行程可通過(guò)配加工閥碟來(lái)達(dá)到。

b）閥碟螺母擰緊

閥碟與閥碟螺母間采用螺紋配合，在預(yù)啟行程調(diào)整合格后，需進(jìn)行閥碟與閥碟螺母間的擰緊，因閥碟最大外徑為Φ820 mm，為便于擰緊，設(shè)計(jì)了如圖18所示的專用擰緊工具。通過(guò)將閥碟固定后，在閥碟螺母上把緊轉(zhuǎn)動(dòng)用的扳手，然后手工擰緊閥碟螺母，直至閥碟與閥碟螺母貼合面上0.02 mm塞尺不入。

圖18　中壓閥碟擰緊示意圖

3.2.3 閥座裝配

主汽閥座與閥殼間為間隙配合，調(diào)節(jié)閥座與閥殼間為過(guò)盈配合。其中，調(diào)節(jié)閥座采用熱裝，即加熱閥殼后裝入閥座。由于閥座較重，因此，在進(jìn)行閥座安裝時(shí)，均采用了立式裝配方式（見(jiàn)圖19）。

3.2.4 閥蓋裝配

由于采用的是臥式裝配，需采用專用的配重工具進(jìn)行吊裝（見(jiàn)圖20），吊裝方式如圖21所示。將閥蓋固定在配重工具上，以水平方式插入閥殼中，最后緊固閥蓋與閥殼間的螺栓。

圖19　中壓閥座安裝圖

圖20　閥蓋吊裝工具

圖21　閥蓋吊裝示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

東汽自主研發(fā)的660 MW二次再熱機(jī)組閥門結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部部件拆裝便捷，這對(duì)于閥門這種在高溫、高壓環(huán)境下工作的部件來(lái)說(shuō)極其重要。這將給新機(jī)安裝及后續(xù)機(jī)組的檢修帶來(lái)很大的便利，本文通過(guò)對(duì)該機(jī)組閥門結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，研究出了一種高效、合理的裝配方案，可為后續(xù)同類型閥門的裝配提供借鑒。目前，東汽首臺(tái)660 MW二次再熱機(jī)組已在安源電廠成功投運(yùn)，說(shuō)明這種裝配方案是合理、有效的。

參考文獻(xiàn)

[1]張方煒,劉原一,譚厚章,等.超臨界火力發(fā)電機(jī)組二次再熱技術(shù)研究[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì),2013,(2):34-39.

Valve Assembly Technology of 660 MW Ultra-supercritical Double-reheat Steam Turbine

Zhang Guiming，Hu Kaiji
(Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan，618000)

Abstract:This paper introduced the valve assembly technology of 660 MW ultra-supercritical double-reheat steam turbine indepen?dent researched and developed by Dongfang Turbine Co.,Ltd.(abbreviate DTC).For the valve design feature,the valve assembly pro?cess，valve core and valve seat installation were detailedly introduced.The paper can provide helpful reference for homotype valve as?sembly.

Key words:660 MW，double-reheat，valve assembly

作者簡(jiǎn)介：張桂明（1980-），男，工程師，畢業(yè)于西安理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，主要從事汽輪機(jī)廠內(nèi)總裝及電廠安裝工藝方面的研究工作。

DOI:10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.01.007

中圖分類號(hào)：TK266

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9987（2016）01-0034-05