某電廠300MW供熱機組高壓供熱減壓閥閥桿多次斷裂原因分析及預(yù)防措施

張俊斌 魏佳貴

摘 要：某電廠300MW供熱機組高壓供熱減壓閥與2017年8月3日閥桿斷裂，經(jīng)過第一次檢修后，同年8月9日、8月29日、9月1日、10月20日共計斷裂4次。筆者主要圍繞高壓供熱減壓閥閥桿多次斷裂原因進行分析，并提出預(yù)防控制措，徹底解決了閥桿多次斷裂的問題，保證了300MW供熱機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。

關(guān)鍵詞：減壓閥閥桿；斷裂原因；預(yù)防措施

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0152-01

1 前 言

某電廠300MW供熱機組高壓供熱減壓閥設(shè)計參數(shù)為：進口壓力17.6MPa，進口溫度546℃，接管￠159×17，出口壓力4.65MPa，出口溫度486℃，接管￠325×25。高壓供熱減壓閥運行參數(shù)為：雙機供氣，50～120t/h，單機供氣100t/h，運行壓力14～16.5MPa，運行溫度530～540℃，運行周期4年。

2017年該供熱減壓閥經(jīng)過檢修后，共計發(fā)生5次閥桿斷裂，經(jīng)過認真、細致的分析研究，最終弄清楚了閥桿斷裂的真正原因，并采取了措施，解決了該閥閥桿斷裂的問題。

2 閥桿斷裂的經(jīng)過

2017年8月9日，該閥門經(jīng)過檢修后，運行中蒸汽流量從40T/H下降至0T/H，初步判斷閥桿斷裂閥芯脫落，解體后檢查發(fā)現(xiàn)閥桿與閥芯連接處斷裂，閥芯活塞環(huán)脫落，加工新閥桿（材質(zhì)：2Cr13）后回裝，經(jīng)過運行一段時間后就再次發(fā)生斷裂。經(jīng)過5次的閥桿斷裂，對斷裂處進行外觀檢查，對斷裂的閥桿進行了比較，發(fā)現(xiàn)斷裂位置均處于同一位置，并且減壓閥閥桿與預(yù)起閥連接銷子處閥桿有多處裂紋，閥芯與閥籠表面氧化，有少量氧化皮。

3 閥桿斷裂的原因分析

3.1 前四次閥桿斷裂原因分析

（1）減壓閥自2011年投產(chǎn)以來，沒有進行定期檢修檢查，運行周期長，閥門部件老化。安裝新的電動頭力矩過大，與閥門不配套。

（2）由于減壓閥B從無檢修，倉庫無備件，委托外委加工閥桿，加工工藝滿足不了工藝要求。此閥門是進口閥門，材質(zhì)不詳，閥桿暫時采用材質(zhì)為2Cr13代替，但是沒有在高溫下進行熱處理，消除應(yīng)力。

（3）閥桿設(shè)計非常細小，填料又常用摩擦系數(shù)小的四氟填料減少壓差，但閥桿細，則易彎，填料壽命也短，所以閥桿容易斷裂。

（4）調(diào)節(jié)閥閥桿根部螺紋處的直徑與閥桿相同，螺紋根部加工尖角較嚴重，形成了較大的應(yīng)力集中部位，這是閥桿從這一部位斷裂的直接原因。

（5）閥桿經(jīng)過氮化處理，脆性較大。制造廠家在閥桿表面熱處理時，為提高閥桿的耐磨性能和整體抗疲勞性能，進行了氮化處理，氮化處理是在整個閥桿表面進行的，沒有考慮閥桿根部絲扣處因變徑及螺紋尖角造成的應(yīng)力集中，因此在設(shè)備低負荷下閥桿發(fā)生振動時，此處易發(fā)生斷裂。

3.2 第五次閥桿斷裂原因分析

（1）此閥門主要起調(diào)節(jié)作用，操作頻繁、日常開度較小，閥籠與閥芯之間表面有氧化皮間隙過小，閥芯膨脹，閥桿偏離中心，閥桿開啟阻力加大，容易造成閥桿斷裂。

（2）長期低頻振動，目前外網(wǎng)供熱負荷變動較大，減壓閥頻繁啟動，當汽流的脈動壓力頻率和閥桿的固有頻率相一致時，將產(chǎn)生共振。共振發(fā)生時閥碟會有強烈的橫向和縱向振動，造成閥桿的竄動、偏斜或旋轉(zhuǎn)。長期運行狀態(tài)下閥桿端部螺紋這一應(yīng)力集中部位的疲勞裂紋不斷擴展，在啟停等工況瞬時變動的情況下，還有很大的沖擊力，易引起閥桿斷裂。

（3）閥桿與閥桿套間隙大，閥桿套與閥桿的間隙增大增加了閥桿的振動，經(jīng)過一段時間運行后的閥桿、閥桿套、閥碟各個部件均有氧化皮存在，尤其是閥桿套表面，有許多氧化皮已經(jīng)脫落，造成了閥頭表面的磨損，影響了閥門的嚴密，有時甚至會導(dǎo)致減壓閥的卡澀。閥桿間隙的增大雖然解決了閥桿卡澀問題，但降低了閥桿套對閥桿振動的控制作用，一定程度上加速了閥桿的疲勞斷裂。另外，閥碟被脫落的氧化皮磨損后造成的結(jié)合不嚴也會加大閥桿的振動。

（4）熱網(wǎng)供熱系統(tǒng)的汽水品質(zhì)較差，容易造成閥芯結(jié)垢等現(xiàn)象，增大了閥門運行阻力。

（5）調(diào)閥閥座周圍有6個？準6mm進氣孔但與閥芯沒有直接相通，運行過程中閥芯中心點預(yù)熱慢，膨脹緩慢

4 處理方案及預(yù)防措施

（1）經(jīng)過討論決定，閥桿材質(zhì)由原來2Cr13更改為主汽門閥桿材質(zhì)15CrMo，并進行熱處理，閥芯與閥籠補焊后再加工，間隙放大至單邊間隙0.2mm，調(diào)閥閥座底部中心位置加工一個？準6mm對穿孔，按要求回裝閥門，到目前為止閥門運行正常。

（2）建議改進閥桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高排汽孔處的承載能力，保證排汽孔內(nèi)表面的粗糙度達到工藝要求，對排汽孔邊緣應(yīng)做圓角過渡處理，減小應(yīng)力集中效應(yīng)。嚴把材質(zhì)檢驗關(guān)，確保閥桿的材質(zhì)檢驗結(jié)果符合技術(shù)要求。

（3）嚴格按要求測量被加工件尺寸，復(fù)查加工件尺寸，對于數(shù)據(jù)及工藝不符合要求的加工件不予接收。

（4）在具備檢修條件的前提下，定期對投入運行多年，且無檢修歷史的設(shè)備進行定期進行檢修檢查。收集相關(guān)閥門技術(shù)資料，了解設(shè)備結(jié)構(gòu)，并采購好相應(yīng)的設(shè)備備件，盡量減少外委加工，加強檢修人員檢修技能培訓(xùn)，提高檢修人員素質(zhì)，避免在檢修過程中對設(shè)備進行二次傷害。

（5）增大閥桿根部螺扣部位的直徑，盡量避免閥桿汽封溝槽、各變徑部位及螺紋根部出現(xiàn)尖角，并盡量降低各部位表面粗糙度，改善整個閥桿的應(yīng)力集中狀況。

（6）在不改變減壓閥結(jié)構(gòu)的前提下，即適當提高低負荷下開度較小的減壓閥開度，以減輕閥桿振動的程度，改善調(diào)節(jié)汽門工作條件。

（7）在保證不會造成閥桿卡澀的前提下，應(yīng)使閥桿間隙盡量小。采用抗高溫氧化能力更強的材料取代減壓閥閥桿套上抗氧化性能較差的材質(zhì)，或在閥套與閥桿表面涂鍍一層抗高溫氧化能力更強的金屬來減緩氧化皮的產(chǎn)生速度，以保證閥桿套和閥桿之間的間隙盡量小。

（8）閥桿螺絲根部因表面氮化處理而脆性增大，閥桿發(fā)生振動時在這一應(yīng)力集中部位更易造成斷裂。在新閥桿進行表面氮化處理這一熱處理工藝時，閥桿螺絲根部應(yīng)不再進行氮化處理。

5 結(jié)束語

減壓閥閥桿的斷裂，對機組的供熱存在嚴重影響，本文著重分析了供熱減壓閥閥桿斷裂的原因，介紹了處理方法及預(yù)防措施，避免了今后同類型閥門閥桿斷裂事件的再次發(fā)生。

收稿日期：2018-6-20