高調(diào)門故障原因分析及防范措施

高業(yè)恒

(合肥聯(lián)合發(fā)電有限公司中外合資合肥二電廠, 安徽　合肥　231607)

?

高調(diào)門故障原因分析及防范措施

高業(yè)恒

(合肥聯(lián)合發(fā)電有限公司中外合資合肥二電廠, 安徽合肥231607)

2015年2月15日合肥二電廠#2機組調(diào)停，#2機高調(diào)門行程試驗數(shù)據(jù)異常(從關(guān)閉狀態(tài)至100%行程)：左側(cè)垂直高調(diào)門油動機沒拆，行程比上次檢修大3.24mm。油動機拆除后，該調(diào)門行程比上次檢修大4.3mm。右側(cè)垂直高調(diào)門油動機沒拆，行程比上次檢修大3.77mm。首先將左側(cè)垂直高調(diào)門解體，檢查發(fā)現(xiàn)固定擴散器的12顆螺栓全部折斷，部分?jǐn)嗦菟ú恢ハ颉８鶕?jù)安排擴大檢查范圍，發(fā)現(xiàn)右側(cè)垂直高調(diào)門擴散器螺栓孔損壞，固定擴散器螺栓也全部折斷。2月26日使用內(nèi)窺鏡檢查#2機高壓缸，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有許多金屬異物，高壓缸及高調(diào)門被迫轉(zhuǎn)大修。

高調(diào)門；擴散器；螺栓折斷

0　引言

合肥二電廠安裝2臺350MW燃煤機組，汽輪機以及高調(diào)門由ABB設(shè)計提供。1臺機組有2只主汽門，4只高壓調(diào)門。高溫高壓蒸汽通過主汽門，再通過高調(diào)門，然后進入汽輪機高壓缸。高調(diào)門一旦出故障，汽輪機無法運行，高調(diào)門在系統(tǒng)中作用非常重要。2015年2月26日發(fā)現(xiàn)高調(diào)門左右兩側(cè)垂直調(diào)門閥座螺栓全部斷裂后，高壓缸內(nèi)有金屬異物，此異常情況自建廠以來首次發(fā)生。公司領(lǐng)導(dǎo)和廠領(lǐng)導(dǎo)高度重視，召集汽機降非停小組成員開會，同時聯(lián)系A(chǔ)LSTOM廠家，分析故障原因，探尋解決辦法。

1　2015年#2機兩只垂直高調(diào)門故障情況

1.1解體情況

2只垂直高調(diào)門擴散器24顆螺栓全部折斷，多顆斷掉的螺栓不知去向。擴散器已損壞，籠套端面撞擊有明顯凹坑，閥體與擴散器結(jié)合的密封面損壞，起不到密封作用，大部分螺栓孔的螺紋損壞。使用內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)高壓內(nèi)缸有許多金屬異物。廠領(lǐng)導(dǎo)研究決定高壓缸解體大修，吊出轉(zhuǎn)子后發(fā)現(xiàn)高壓內(nèi)缸通流部分有許多金屬異物，平衡盤汽封底部也類似。檢測金屬異物材質(zhì)為ST460TS，和固定擴散器的螺栓材質(zhì)一樣。分析認(rèn)為不知去向的螺栓已進入高壓缸內(nèi)，變成了金屬碎片。

1.2原因分析以及改進措施

1.2.1螺栓強度可能不夠

原來螺栓中部粗Ф9mm，可能偏細，強度不夠。加工成非標(biāo)螺栓，螺栓中部粗Ф11mm，每只閥門更換12顆內(nèi)六角螺栓。改進螺栓材質(zhì)：使用ST12T替代ST460TS。新材質(zhì)特點是強度高，耐磨不易折斷，但是它和擴散器材質(zhì)一樣，ALSTOM答復(fù)不能使用。后來更換的新螺栓，材質(zhì)仍然為ST460TS，可以用21CrMoV5-7材質(zhì)替代。

1.2.2螺栓膨脹余量可能偏小

由于機組負荷波動大，主蒸汽參數(shù)隨負荷發(fā)生變化，高調(diào)門運行工況復(fù)雜，原來設(shè)計的擴散器螺栓孔與螺栓之間膨脹量可能偏小。ALSTOM建議垂直高調(diào)門擴散器和螺栓進行改進，新型螺栓帶膨脹套，安全余量會大大增加。將#2機垂直高調(diào)門的擴散器外送加工，Φ20mm的螺栓孔原來深度為13mm，最終加工深度為40mm，用于安裝膨脹套。設(shè)計帶有膨脹套的螺栓，能讓擴散器和螺栓自由膨脹，有效釋放應(yīng)力，避免擴散器、螺栓、閥體密封面損壞。ALSTOM天津移動工廠技術(shù)人員測量每個螺栓孔深度，通過計算將右側(cè)固定擴散器的9個孔均加深7mm，#4、#6、11#三個孔沒有加深。將左側(cè)固定擴散器的11個孔均加深5mm，#12孔沒有加深。設(shè)計、實施情況見圖1、圖2：

圖1　擴散器原始螺栓

1.2.3螺栓沒按照標(biāo)準(zhǔn)力矩緊

由于高調(diào)門維護手冊沒有緊擴散器螺栓力矩詳細要求，所以以前檢修都是用扳手將螺栓對稱均勻緊固。本次螺栓折斷后，咨詢ALSTOM，廠家提供了緊螺栓力矩標(biāo)準(zhǔn)。文件包進行修訂，第一遍使用20N.m力矩對稱均勻預(yù)緊，第二遍使用40N.m力矩對稱均勻緊。

1.2.4密封面損壞

閥體密封面與擴散器對應(yīng)的密封面上次檢修密封嚴(yán)密，螺栓損壞后，擴散器固定不牢抖動大，將籠套端面撞擊成數(shù)個凹坑。閥體與擴散器接觸的密封面之間有間隙，汽流不斷沖刷，導(dǎo)致密封面凹凸不平有多個坑。損壞情況見圖3、圖4。

圖3　籠套撞擊成凹坑

1.3檢修情況

1.3.1修復(fù)密封面

圖5　密封面上有數(shù)條裂紋

安裝立式車床，調(diào)整轉(zhuǎn)動軸與閥體基準(zhǔn)孔同心度，加工端面的晃動度。由于現(xiàn)場位置差，閥門內(nèi)空間狹小，所以施工難度大。驗收合格后，刀具擺動上述數(shù)據(jù)不合格。反復(fù)調(diào)試設(shè)備，24小時不間斷作業(yè)，從2015年3月11日開始，一直到3月22日才將2只垂直高調(diào)門加工好。使用磁力鉆鉆掉所有斷絲，然后將螺栓孔清理干凈，重新鉆孔攻絲?；\套局部變形，外送加工倒角。圖5中紅色處倒角：2×45°。閥體損壞的密封面，先預(yù)熱至250℃，然后使用電焊焊補損壞的密封面，最后保溫。閥體的材質(zhì)為：Stg50T，使用PP-R307焊條。使用立式車床加工密封面，局部有凹坑，冷焊處理以及手工研磨。著色探傷檢查，發(fā)現(xiàn)密封面上有5道裂紋。將裂紋打磨深度至1.5～2mm，再次著色探傷，裂紋全部消除。冷焊打磨部位，然后手工研磨。研磨過程中發(fā)現(xiàn)密封面上有5～6個小坑。分析認(rèn)為可能是焊接時咬邊所致。研磨后使用紅丹檢查擴散器與閥體密封面吃實情況，驗收合格。

1.3.2更換擴散器

新擴散器為半成品，為消除應(yīng)力，加工“X”、“Y”倒角。圖紙上標(biāo)注的尺寸在數(shù)控機床上加工相對容易，普通的車床加工“X”倒角且確保不碰到密封面難度大，ФA的尺寸重要，所以嚴(yán)格控制：ALSTOM測量籠套內(nèi)孔尺寸：Φ190.49-Ф190.53mm，提供標(biāo)準(zhǔn)Ф190.27-Ф190.31mm，實際尺寸為Ф190.285-Ф190.29mm，加工后的擴散器與籠套配合正常。新擴散器安裝后，使用紅丹檢查擴散器密封面吃實情況。

安裝6顆螺栓，使用20N.m力矩預(yù)緊，紅丹顯示密封線閉合。于是正式組裝，最后使用40N.m力矩按要求對稱均勻緊。

1.3.3更換密封環(huán)

密封環(huán)與閥體內(nèi)孔直徑配合間隙超標(biāo)，更換新的密封環(huán)。

1.3.4測量高調(diào)門零部件配合

測量高調(diào)門零部件配合尺寸，將閥門行程控制在合格范圍之內(nèi)。檢修后高調(diào)門運行正常。

2　#1機右上垂直高調(diào)門檢修

2.1發(fā)現(xiàn)隱患

2016年2月26日U108C小修該閥門無檢修項目，機組啟動前對行程發(fā)現(xiàn)開度0%數(shù)值顯示為-4.4%，閥門行程為2.03mm。查閱2013年U102A檢修記錄，右上垂直高調(diào)門開度0%，對應(yīng)的閥門行程為0mm。據(jù)此判斷該閥門存在問題，2月26日解體大修。

2.2解體情況

檢查發(fā)現(xiàn)#1機右上垂直高調(diào)門固定擴散器的12顆螺栓全部折斷，閥體與擴散器配合的密封面損壞，籠罩端面有數(shù)個凹坑，籠罩與鐘型體固定的定位銷損壞，鐘型體局部吹蝕有溝槽等。密封面12個螺栓孔嚴(yán)重損壞，密封面凹坑冷焊處理。解體測量擴散器與Φ181內(nèi)孔直徑配合間隙為0.90～1.10mm，間隙超標(biāo)較多。直徑配合間隙標(biāo)準(zhǔn)為0.11～0.15mm。

2.3修復(fù)處理

2.3.1加工設(shè)備找正

為控制加工質(zhì)量，首先確定基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)孔，驗收加工設(shè)備找正情況。測量閥蓋結(jié)合面跳動，測量深度482mm密封面跳動，端面跳動值要求≤0.10mm。測量Φ181mm內(nèi)孔晃動度，測量閥體基準(zhǔn)孔Φ244mm晃動度，內(nèi)孔晃動度要求≤0.05mm。

2.3.2針對性修復(fù)措施

對比新、舊擴散器尺寸，發(fā)現(xiàn)有5個部位尺寸需加工。ΦA(chǔ)、ΦB、密封面厚度、倒角X、倒角Y。新擴散器備品ΦA(chǔ)尺寸為Φ194mm，籠套內(nèi)孔配合尺寸為Φ190.10-Φ190.30?；\套內(nèi)孔變形，ALSTOM建議加工至Φ190.30±0.02mm，擴散器ΦA(chǔ)加工至Φ190.16±0.02mm。直徑配合間隙標(biāo)準(zhǔn)0.12～0.16mm。

籠套與擴散器配合部位有余量，新擴散器備品ΦB尺寸為Φ184mm，測量Φ181內(nèi)孔尺寸為Φ180.88mm-Φ181.02mm(說明：由于舊擴散器損壞，Φ181內(nèi)孔不規(guī)則變形且橢圓，所以局部最小點難以測量)。ALSTOM建議ΦB尺寸加工為Φ180.79±0.02mm。直徑配合間隙標(biāo)準(zhǔn)0.07～0.11mm。新擴散器密封面厚度4.85mm，軸向車掉0.85mm，最終密封面厚度4mm。說明：#2機垂直擴散器密封面厚度為1mm。Φ181內(nèi)孔不規(guī)則變形且橢圓，Φ181內(nèi)孔沒有加工，將擴散器ΦB加工至Φ180.61～180.62mm。為減小擴散器應(yīng)力，所以要加工倒角X、倒角Y。參考舊的實物加工倒角X、倒角Y，使用紅丹驗收擴散器密封面與閥體密封面吃實情況時，接觸情況不好。分析認(rèn)為可能是圓弧倒角X不符合要求，導(dǎo)致密封面接觸不好。使用深度尺檢查90°方向2個基準(zhǔn)面，應(yīng)正好垂直不能有縫隙,重新倒角。驗收深度為483mmm密封面，百分表最大晃動0.01mm。測量閥蓋結(jié)合面至閥體密封面距離為483.06-483.08mm ；PT檢查密封面，發(fā)現(xiàn)局部有細小凹坑。再次安裝鏜床，要求加工深度不能超過483.50mm(因為擴散器4.85mm密封面已車掉0.85mm)。加工后最終尺寸為：東邊483.42mm；西邊483.40mm；南邊483.44mm；北邊483.44mm。使用紅丹檢查擴散器密封面與閥體密封面接觸情況：倒角X第二次加工后，安裝6顆螺栓，使用20N.m力矩預(yù)緊，紅丹顯示密封線閉合。

新鉆12個孔深37mm并攻絲，沉孔深8mm。更換12顆新螺栓：正式安裝擴散器，最后使用40N.m力矩按要求對稱均勻緊。密封環(huán)變形，更換1只密封環(huán)。更換閥蓋結(jié)合面部分螺栓。

2.3.3內(nèi)窺鏡檢查

割開高壓缸底部取樣管(Ф22×8mm)，使用內(nèi)窺鏡檢查高壓缸調(diào)節(jié)級以及高壓內(nèi)缸，沒發(fā)現(xiàn)明顯異常。取樣管材質(zhì)P22，使用R40焊絲焊接。焊接方式WS；預(yù)熱溫度250℃，加熱溫度720℃，緩冷。處理后該高調(diào)門運行正常。

3　高調(diào)門閥體漏汽處理方案

3.1超聲波探傷

圖6　閥體漏汽部位

2015年4月#1機的左側(cè)水平高調(diào)門位于圖6所示位置發(fā)生漏氣，初步分析為該處熱電偶盲孔位置因鑄造閥體裂紋或其他缺陷導(dǎo)致泄漏。為了查明該高壓調(diào)節(jié)閥泄漏部位的缺陷情況，是否存在貫穿內(nèi)外壁的裂紋缺陷或其他導(dǎo)致泄漏的缺陷，特委托江蘇方天電力技術(shù)有限公司對合肥二電廠#1機發(fā)生泄漏的高調(diào)門熱電偶盲孔所在凸臺周邊區(qū)域進行超聲波探傷檢測。

泄漏的閥體經(jīng)超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)40處缺陷(均分布在距表層25mm范圍內(nèi))并進行了返修處理。高壓調(diào)節(jié)閥閥體超聲波檢測受閥體結(jié)構(gòu)型式所限，為確保檢測能夠盡可能覆蓋可能存在導(dǎo)致泄漏的缺陷范圍，因此采用超聲相控陣檢測方法(PA)進行。超聲波探傷檢測靈敏度的確定主要依據(jù)其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和驗收標(biāo)準(zhǔn)，原則上應(yīng)由電廠聯(lián)系設(shè)計制造單位提供，本次檢測因電廠未能提供相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)雙方協(xié)商決定參照J(rèn)B/T 9630.2-1999《汽輪機鑄鋼件 超聲波探傷及質(zhì)量分級法》進行。

實際檢測時取測距在最大測距附近的試塊，調(diào)節(jié)儀器靈敏度使此試塊上Φ6mm平底孔回波高度等于100%波高線并再提高增益12dB后進行。角度補償修正：應(yīng)本次超聲波檢測使用相控陣技術(shù)(PA)進行，因此應(yīng)采用半圓試塊對扇形掃查所采用的角度范圍-40°～60°進行角度補償修正，確保不同交通同聲程反射體反射當(dāng)量基本相同。對上述#1機發(fā)生泄漏的高壓調(diào)節(jié)閥熱電偶盲孔所在凸臺周邊閥體區(qū)域進行超聲波探傷檢測，未發(fā)現(xiàn)有長度尺寸的裂紋缺陷(長度大于10mm)。

3.2高調(diào)門熱電偶盲孔位置泄漏處理

溫度測點套管拆除，通過超聲相控陣檢測、著色探傷等手段仔細檢查，發(fā)現(xiàn)閥體熱電偶盲孔區(qū)域有疏松氣孔，無裂紋。加工悶頭，然后將悶頭與閥體焊接。為減小焊接應(yīng)力，悶頭沒有加工成六方。中部預(yù)留Φ10mm的孔，目的為了釋放應(yīng)力，焊接部位加工成3×45°倒角。焊接工藝要求如下：閥體材質(zhì)STG50T；悶頭材質(zhì)：15Cr1Mo1V；焊絲牌號R31；焊絲直徑Φ2.5mm；預(yù)熱250℃，預(yù)熱方式火焰；加熱溫度720℃，加熱方式火焰；冷卻方式：緩冷(使用保溫棉)。實施后閥門運行正常，無滲漏。

4　修改備品關(guān)鍵尺寸

合肥二電廠高調(diào)門已運行16年，閥體內(nèi)孔與密封環(huán)對應(yīng)部位尺寸比原始尺寸大，這要求密封環(huán)尺寸有足夠加工余量。2016年3月新購買的密封環(huán)備品尺寸為標(biāo)準(zhǔn)尺寸，新密封環(huán)外徑Φ241.925-Φ241.93mm，閥體對應(yīng)內(nèi)孔Φ242.48-Φ242.50mm，兩者實際直徑配合間隙0.55～0.57mm，標(biāo)準(zhǔn)為0.09～0.13mm。驗收發(fā)現(xiàn)密封環(huán)關(guān)鍵尺寸不符合要求，訂做新的密封環(huán)。#2機組左側(cè)、右側(cè)垂直高調(diào)門，#1機右側(cè)垂直高調(diào)門發(fā)生故障后，閥體密封面已加工。#2機左上垂直高調(diào)門閥蓋結(jié)合面至閥體密封面深度484.98mm；#2機右上垂直高調(diào)門閥蓋結(jié)合面至閥體密封面深度484.86mm，#1機右上垂直高調(diào)門閥蓋結(jié)合面至閥體密封面深度483.44mm。圖紙標(biāo)注原始尺寸480mm。咨詢ALSTOM技術(shù)人員，對應(yīng)的擴散器備品軸向長度尺寸預(yù)留加工余量應(yīng)有108mm，實際尺寸為103mm。該尺寸偏小，直接影響到高調(diào)門行程，以及閥門關(guān)閉嚴(yán)密性。調(diào)換尺寸符合要求的擴散器。

5　結(jié)束語

合肥二電廠高調(diào)門已運行多年，設(shè)備逐漸老化，最近2年暴露出來的缺陷越來越多，這對如何保機組長周期安全運行提出了更高要求。高調(diào)門擴散器部分找不到的螺栓，最后在高壓缸內(nèi)找到許多同材質(zhì)的碎片和顆粒。面對新問題，應(yīng)積極想辦法去解決。平時加強狀態(tài)監(jiān)測分析研究，制訂好穩(wěn)妥措施，結(jié)合計劃性檢修將設(shè)備整治好。

[1] 宋琳生.電廠金屬材料(第二版)[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2] 王殿武.汽輪機設(shè)備檢修[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3] 江蘇方天電力技術(shù)公司.關(guān)于合二廠高調(diào)門檢測報告[R].2015.

[4] 合肥二電廠.合肥二電廠維護手冊《汽輪機》(卷號：M02 KKS:MAA/MAB)[S].

[責(zé)任編輯：朱子]

Cause Analysis and Precaution of High Control Valve Malfunction

GAOYe-heng

(HefeiCombinedPowerGenerationCo.,Ltd.Sino-ForeignJointVentureHefeiNo.2PowerPlant,Hefei231607,China)

The #2 unit of Hefei No.2 Power Plant was out of operation in February 15, 2015, #2 unit high control valve test data was exceptional (from close state to 100%). Left vertical high control valve hydraulic servo-motor did not dismantle, 3.24mm higher stroke than the last. After the removal of the hydraulic servo-motor, valve stroke was 4.3mm higher than the last overhaul. Right vertical high control valve hydraulic servo-motor did not dismantle, and valve stroke was 3.77mm higher than the last overhaul. First solution was to perform the left vertical high control valve disintegration, 12 broken bolts fixing diffuser were found by the inspection, and some broken bolts were found lost. When expanding the scope of the inspection, it was found that the right vertical high control valve diffuser bolt hole was damaged, and fixed bolts were all broken. February 26, when using endoscopy on #2 unit high pressure cylinder, it was found there were many metal foreign bodies, the high pressure cylinder and high control valve were forced to turn to overhaul.

high control valve; diffuser; bolt breaking

2016- 05- 05

高業(yè)恒(1974-)，男，安徽肥東人，助理工程師、高級技師，從事維修部汽機專業(yè)技術(shù)管理工作。

TK268

A

1672-9706(2016)03- 0067- 05