百萬超超臨界機組高旁閥閥芯換型研究與應用

摘 要：分析了超超臨界百萬汽輪機高壓旁路閥閥芯減壓籠罩豎條斷裂、密封面損壞嚴重的原因，并提出了優(yōu)化措施，有效解決了閥門減壓籠罩易損壞的問題，提高了旁路系統(tǒng)的可靠性。

關鍵詞：高旁閥;閥芯組件;減壓籠罩;豎條

0 ? ?引言

某公司2×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機組于2017年雙投，調(diào)試及運行期間啟停頻繁，高旁閥運行正常。2019年5月，在一次并網(wǎng)啟動期間發(fā)現(xiàn)2號機組閥門在5%左右閥位無法正常關閉，多次快關后，閥門關閉，停機解體檢查發(fā)現(xiàn)閥芯、閥座密封面受損嚴重，一級減壓籠罩破損，閥芯組件改造換型后，閥門減壓籠罩受損隱患排除，此經(jīng)驗對電廠高旁閥缺陷處理和優(yōu)化升級有一定的借鑒意義。

1 ? ?高旁閥異常發(fā)生及臨時處理措施

1.1 ? ?2號機組運行期間異常情況及臨時措施

該公司兩臺機組為上汽西門子技術升級版超超臨界純凝機組，凝汽器循環(huán)冷卻水為海水，主蒸汽壓力為27 MPa（a），溫度為600 ℃，再熱蒸汽壓力為5.714 MPa（a），溫度為610 ℃，旁路系統(tǒng)采用高低壓二級串聯(lián)方式，單列高加，每臺機組配置1臺45%BMCR主蒸汽流量的高旁閥，2臺45%BMCR主蒸汽流量的低旁閥，原裝進口閥門，因閥門沒有設計預啟閥，故執(zhí)行機構均采用液動，高低旁分別有一套供油系統(tǒng)。高旁閥閥體和閥芯材料為F92，閥座直徑185 mm，有四級減壓，節(jié)流裝置為籠式閥芯和節(jié)流圓錐，即第一級減壓籠罩與閥芯為一體，既有減壓作用，又有閥芯導向作用，設計通流能力CV值為737。閥門結構如圖1所示。

2019年4月2號機組調(diào)停，因高旁閥自投運后一直運行正常，啟閉正常，沒有內(nèi)漏，因此沒有安排解體檢修項目。5月啟動并網(wǎng)，高旁退出關閉時，閥位在5%無法關閉到位，閥后溫度較高，為了盡快降低閥后溫度，采用多次快關后閥門關閉，閥后溫度降至390 ℃左右，初步判斷閥芯、閥座密封面之間有上游帶來的異物，或者閥芯減壓籠罩豎條斷裂，夾持在閥籠和套筒之間，經(jīng)多次快關后密封面已經(jīng)受損，決定運行期間加強監(jiān)視，停機后解體檢查。

1.2 ? ?2號機組高旁閥解體及處理措施

6月機組調(diào)停，解體檢查高旁閥，發(fā)現(xiàn)閥芯組件周圍有6塊近似圓形的金屬塊，閥芯組件吊出后發(fā)現(xiàn)閥芯籠罩（一級減壓籠罩）4根豎條斷裂（圖2），另外3根的上端有貫穿性裂紋，存在脫落風險，而且閥芯、閥座密封面損傷嚴重，其間夾雜有多個已陷入密封面的F92材質(zhì)金屬塊（直徑最長20 mm，最大厚度6 mm），其余幾個掉落在二級減壓籠罩前，二級減壓籠罩外觀正常，無裂紋發(fā)生。

鑒于停機時間緊迫，沒有閥芯組件的備品備件，決定只對閥芯、閥座密封進行補焊和研磨，已脫落的4根豎條不進行補焊恢復，只做打磨，圓滑過渡，其他3根豎條裂紋處做挖補處理，下次停機后更換閥芯。因閥芯籠罩豎條未完全恢復，閥門在啟閉時籠罩周圍存在氣流不均勻，可能有異音、振動現(xiàn)象，交代運行和檢修人員在啟閉期間加強監(jiān)視，做好應急處理措施。

機組再次并網(wǎng)運行后，閥門啟閉正常，無內(nèi)漏，無異音，無異常抖動現(xiàn)象。

1.3 ? ?1號機組高旁閥解體檢查

同年9月，1號機組調(diào)停檢修，鑒于2號機組高旁閥閥芯組件損壞事宜，決定解體檢查高旁閥。

解體發(fā)現(xiàn)閥芯籠罩豎條7根缺失，6根上端有裂紋，閥芯、閥座密封面完好。

2 ? ?閥芯組件換型升級研究及應用

2.1 ? ?原因分析

高旁閥閥芯組件有帶籠罩和不帶籠罩兩種，帶籠罩的又分為分體和整體兩種。不同的制造廠設計理念不同，閥門結構也不同。

該公司兩臺機組高旁閥閥芯組件由整體鍛壓件機加工而成，結構較為簡單，一級減壓籠罩設計為豎條形狀，可能是因閥座直徑較小，為擴大CV值特意設計的。

該兩臺高旁閥閥芯籠罩均出現(xiàn)豎條斷裂、缺失現(xiàn)象，經(jīng)與閥門廠家溝通，了解到其他電廠同品牌的高旁閥減壓籠罩前幾年均采用圓孔網(wǎng)狀型式，沒有出現(xiàn)過籠罩破裂案例，設備廠家近幾年供貨的超超臨界機組的高旁閥部分采用豎條減壓籠罩，有一個660 MW電廠出現(xiàn)過斷裂現(xiàn)象，因此分析籠罩破裂的原因為閥芯減壓籠罩豎條較長、厚度不夠，導致豎條剛度不足，機組啟停期間在主蒸汽高壓差、高頻沖擊下，豎條斷裂。

2.2 ? ?閥芯組件換型升級

為徹底排除閥芯減壓籠罩損壞這一安全隱患，公司討論決定將原閥芯減壓籠罩換型為圓孔狀，當時有兩種方案：

（1）閥芯和籠罩分體，中間加工螺紋，連接后點焊加固。此方案的優(yōu)點是籠罩再次損壞后可拆卸，重新加工籠罩，降低生產(chǎn)費用;缺點是籠罩螺紋經(jīng)高溫高壓、長時間運行后咬死的概率較高，加工工藝復雜，成本高，維修煩瑣。

（2）閥芯和籠罩為整個鍛件甲供。此方案的優(yōu)點是甲供工序簡單，閥芯組件剛性較強，后期檢修工序簡單;缺點是籠罩如果再次損壞，需要重新加工整個閥芯組件，因為材質(zhì)為F92，鍛件加工成本較高。

因高旁閥使用頻率較低，常見故障基本為閥芯閥座密封面不嚴密，但如果加工精度高、熱處理合適，系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)較少，閥門內(nèi)漏概率是較低的。為盡量保持制造廠設計理念，經(jīng)過對比，選擇了第二種方案。

經(jīng)過調(diào)研，外委了一家國內(nèi)有設計資質(zhì)和制造能力的閥門生產(chǎn)廠家，選用質(zhì)量好的F92毛坯鍛件，確保在滿足CV值的前提下，考慮噪聲和振動因素，在閥芯籠罩上加工了圓孔，同時盡量增加減壓籠罩厚度，提高減壓籠罩在高壓差和大流量沖擊狀態(tài)下的強度，重新制作了一套外形尺寸相同的閥芯組件。新閥芯組件及加工圖如圖3所示。

另外，現(xiàn)在的高旁閥密封面距離減壓籠罩頂部圓孔較近，鍋爐檢修或管道、閥門檢修時會在管道內(nèi)遺留焊渣，或者管道內(nèi)壁氧化皮脫落，在高旁閥關閉的同時會夾持在閥芯、閥座密封面，造成密封面損傷，閥門內(nèi)漏。為了避免此類可能，本次改造時特意把減壓籠罩頂部的圓孔的位置稍微下移，在閥門完全關閉之前，圓孔已經(jīng)進入閥座下方，此時少量氣流會沖洗密封面之間可能存在的細小雜質(zhì)，確保閥門關閉時密封面之間無異物。

新閥芯組件加工后，工藝上嚴格控制熱處理，測量硬度與制造廠要求一致，然后在閥芯、閥座密封面上堆焊了一定厚度的司太立合金，初步保證密封面與閥桿的垂直度后，經(jīng)過粗研、精研，驗證密封面配合良好，在原制造廠和外委加工廠技術人員的全程指導下，順利回裝。

2.3 ? ?應用驗證

機組啟動期間，閥門啟閉正常，無抖動、無內(nèi)漏，噪聲正常。第二年機組調(diào)停檢修期間解體檢查，閥芯組件無變形，籠罩無裂紋，密封面密封良好。

改造方案得到驗證后，公司決定再外委加工一套閥芯組件，待2號機組停機后更換。

3 ? ?結語

該類型高旁閥閥芯組件換型升級的應用，排除了閥芯組件減壓籠罩損壞的安全隱患，降低了機組運行風險，為機組長周期、安全運行提供了可靠保障。

同時驗證了該類型原閥芯組件設計存在的不足，設備制造廠家可參考此閥芯組件型式在供貨時改進閥門結構，運行電廠在高旁閥檢修和新建電廠在招標選型時進行借鑒，特別是液壓控制的沒有預啟閥的高旁閥，應避免同類缺陷再次發(fā)生。

另外，此次換型升級也給此類重要閥門關鍵部件的國產(chǎn)化提供了一定的參考依據(jù)。

[參考文獻]

[1] 楊源泉.閥門設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.

[2] 魏龍.密封技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

收稿日期：2021-01-07

作者簡介：華東奇（1977—），男，河南葉縣人，工程師，從事火電機組汽機生產(chǎn)技術管理工作。