艾倫電廠汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)汽閥閥座松動(dòng)磨損問題的分析與處理

張金亮

（國(guó)家電投河南電力檢修工程有限公司，河南 開封 475000）

機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的單軸、一次中間再熱、超臨界機(jī)組，控制系統(tǒng)采用電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行安全可靠。為防止汽輪機(jī)超速，確保機(jī)組運(yùn)行安全，機(jī)組設(shè)有高壓主汽閥和高壓調(diào)節(jié)汽閥，主汽閥為開關(guān)量調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)汽閥具備調(diào)節(jié)和關(guān)斷功能，能在機(jī)組需求時(shí)快速關(guān)斷高壓進(jìn)汽，為機(jī)組提供保護(hù)。

1 上海汽輪機(jī)600 MW機(jī)組高壓調(diào)節(jié)汽閥簡(jiǎn)介

機(jī)組共設(shè)兩個(gè)高壓主汽閥，一個(gè)高壓主汽閥后配兩個(gè)高壓調(diào)閥，高壓主汽閥與調(diào)閥共用一個(gè)腔室，四個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽閥均為立式布置，每個(gè)閥門各由一個(gè)單側(cè)油動(dòng)機(jī)控制，油動(dòng)機(jī)桿與閥桿采用聯(lián)結(jié)件方式聯(lián)結(jié)，調(diào)節(jié)汽閥靠液壓開啟，彈簧關(guān)閉。油動(dòng)機(jī)根據(jù)電液控制系統(tǒng)的控制信號(hào)向上移動(dòng)開啟閥門，反之則關(guān)閉，屬于控制型閥門。閥門閥座在出廠時(shí)已安裝在閥座安裝孔內(nèi)。

2 高調(diào)門故障及其原因分析

#2機(jī)組高壓調(diào)節(jié)汽閥自投2009年產(chǎn)后，在2015年小修中發(fā)現(xiàn)#2、#4高壓調(diào)閥閥座有松動(dòng)現(xiàn)象，將其恢復(fù)原位后根據(jù)廠家建議對(duì)其圓周對(duì)稱焊接長(zhǎng)度約100 mm進(jìn)行固定后回裝。2017年底，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)其閥體腔室有異音，計(jì)劃在2018年3月小修中對(duì)其進(jìn)行解體檢查。解體后發(fā)現(xiàn)#2、#4調(diào)閥閥座均出現(xiàn)嚴(yán)重的松動(dòng)、磨損、變形、下沉現(xiàn)象，其中#2調(diào)閥閥碟磨損比較嚴(yán)重，閥碟密封面已嚴(yán)重破壞。分析發(fā)生此種現(xiàn)象的原因應(yīng)為設(shè)備運(yùn)行過程中，隨著蒸汽溫度的升高或降低，閥座相對(duì)閥座收縮，兩者之間出現(xiàn)配合緊力變小，甚至出現(xiàn)間隙，閥座在蒸汽流的作用下產(chǎn)生高頻振動(dòng)，閥殼與閥座由于高頻振動(dòng)而產(chǎn)生磨損。閥殼與閥座磨損后不能保證設(shè)計(jì)的過盈量，當(dāng)摩擦力小于蒸汽力時(shí)，即使在正常運(yùn)行條件下閥座也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，閥殼與閥座繼續(xù)磨損，閥殼與閥座產(chǎn)生更大間隙，直至兩個(gè)定位銷磨損斷裂，最后導(dǎo)致閥座松動(dòng)，閥座與閥殼分離。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，磨損繼續(xù)累積惡化，最后導(dǎo)致閥座、閥碟和安裝孔磨損變形。分析產(chǎn)生故障的具體原因主要有以下兩方面。

2.1 閥座安裝孔喉部直徑過小

汽輪機(jī)的高壓進(jìn)汽靠高壓主汽和調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，蒸汽在通過高壓主汽閥后靠調(diào)節(jié)閥門的開度調(diào)節(jié)進(jìn)汽量。蒸汽在經(jīng)過調(diào)節(jié)閥后有一段漸擴(kuò)管道，調(diào)閥在解體后發(fā)現(xiàn)閥座安裝孔的底孔直徑約100 mm，相對(duì)閥座內(nèi)徑146.5 mm，相對(duì)小46.5 mm，此孔相當(dāng)于在調(diào)節(jié)閥節(jié)流后又增加了一道節(jié)流孔。蒸汽在流經(jīng)此縮斷面時(shí)會(huì)增大流速，經(jīng)過擴(kuò)散管段后會(huì)減小壓力，這一過程會(huì)引起焓降并釋放更多的熱量，對(duì)于閥座和閥座安裝孔來說會(huì)增大其承受的沖擊力和熱應(yīng)力。長(zhǎng)期在此種工況下工作會(huì)影響其金屬特性，進(jìn)而會(huì)影響閥座與安裝孔的配合緊力，經(jīng)過長(zhǎng)周期的運(yùn)行就會(huì)發(fā)生上述現(xiàn)象。

2.2 閥座與安裝孔配合過盈量較小

閥座所處工況條件比較苛刻，如果設(shè)計(jì)的閥座配合過盈量不能滿足工況條件的要求，那么在實(shí)際運(yùn)行中閥座承受得緊力就會(huì)小于閥座所受蒸汽力，閥座就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)閥座和安裝孔會(huì)同時(shí)磨損，經(jīng)過長(zhǎng)周期的運(yùn)行就會(huì)發(fā)生上述現(xiàn)象。

3 故障處理措施

處理此類故障由于現(xiàn)場(chǎng)操作難度比較大，一般選擇返廠處理，但由于整個(gè)閥體是焊接在主蒸汽管道上的，將閥座返廠裝配不僅在檢修成本上比較高，且在計(jì)劃?rùn)z修工期上不允許，于是制定了現(xiàn)場(chǎng)缺陷處理措施。

3.1 閥座安裝孔處理

（1）由于閥座變形及閥座安裝孔嚴(yán)重磨損，決定對(duì)閥座進(jìn)行破壞性取出，采用氣刨割把將閥座取出。（2）拆卸后安裝孔已成一個(gè)不規(guī)則的橢圓且深度有所增加，決定對(duì)閥座進(jìn)行打磨后進(jìn)行補(bǔ)焊，焊接工藝咨詢上汽廠家采用ERNiCr-3焊材，先預(yù)熱后施焊，再采用保溫棉包裹自然冷卻。（3）對(duì)安裝孔進(jìn)行加工，采用定制的專用鏜孔機(jī)利用閥體結(jié)合面法蘭進(jìn)行中心定位，以確保安裝孔的中心符合要求。加工過程中調(diào)整刀頭只能從主汽閥進(jìn)汽孔進(jìn)入，要保證加工精度操作難度極大，安裝孔的直徑和深度只能根據(jù)閥座直徑和測(cè)算標(biāo)高進(jìn)行初步加工，同時(shí)，對(duì)安裝部位的底孔直徑擴(kuò)至150 mm，消除其起到的節(jié)流作用。安裝的加工尺寸如表1所示。

表1 閥座安裝孔加工尺寸/mm

（4）安裝孔加工的尺寸確定后，據(jù)此進(jìn)行閥座的精加工，由于新閥座直徑比安裝孔小，且底孔標(biāo)高與測(cè)算的有所偏差，決定對(duì)閥座的外圓和底部進(jìn)行焊接，再對(duì)其進(jìn)行精加工，這樣就能保證閥座與安裝孔的過盈量在0.25～0.30 mm范圍，比設(shè)計(jì)值0.19～0.23 mm增加0.05 mm。閥座的安裝標(biāo)高在加工尺寸如表2所示。

表2 閥座安裝加工尺寸/mm

（5）準(zhǔn)備閥座的安裝工作，采用專用的加持工具將閥座放入氮?dú)饫鋮s室中進(jìn)行冷卻，同時(shí)對(duì)閥體腔室采用烤把進(jìn)行加熱。每隔5 min測(cè)量閥座的收縮量和閥體的溫度，收縮量應(yīng)在0.25 mm以上，閥體溫度應(yīng)在300 ℃以上開始進(jìn)行閥座的安裝工作，才能保證閥座一次順利安裝成功。

（6）具備條件后由專人將閥座從主汽閥孔放入調(diào)閥孔處，再由專人從調(diào)閥法蘭孔使用加長(zhǎng)桿旋緊閥座，一次將閥座放入安裝孔。待閥座冷卻后將閥座專用加持工具取出，并注意不能掉入管道中。

（7）采用藍(lán)油檢查閥線合格后進(jìn)行回裝。測(cè)量閥門行程如表3所示。

表3 測(cè)量閥門閥座安裝前后對(duì)比/mm

4 結(jié)語

這次閥門缺陷的處理，不僅節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本，還在計(jì)劃的檢修工期內(nèi)完成，設(shè)備投運(yùn)后運(yùn)行穩(wěn)定，消除了設(shè)備重大隱患，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供了保障。