超超臨界中壓閥門(mén)卡澀案例分析

摘要：閥門(mén)可靠靈活地運(yùn)行與調(diào)節(jié)對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。高參數(shù)大容量高效汽輪機(jī)組由于進(jìn)汽參數(shù)提高，對(duì)材料本身的高溫抗氧化要求也相應(yīng)提高，加上火電機(jī)組需要頻繁啟停及參與調(diào)峰運(yùn)行以消納更多可再生能源，從而給閥門(mén)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)?，F(xiàn)對(duì)某超超臨界機(jī)組中壓閥門(mén)卡澀問(wèn)題及處理過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對(duì)產(chǎn)生卡澀的原因作了相關(guān)分析，并對(duì)同類(lèi)型閥門(mén)卡澀問(wèn)題的處理提供了參考建議。

關(guān)鍵詞：超超臨界;中壓閥門(mén);卡澀;案例分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TK264.9? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）04-0066-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.04.019

0? ? 引言

隨著汽輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展，更加高效的高參數(shù)火電汽輪機(jī)組不斷投入運(yùn)行，進(jìn)汽參數(shù)的提升對(duì)材料本身的高溫力學(xué)性能及抗氧化性能也提出了更高的要求。同時(shí)，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)正不斷優(yōu)化調(diào)整，可再生能源裝機(jī)容量不斷提高，大批超超臨界火電機(jī)組頻繁啟停，參與變參數(shù)及調(diào)峰運(yùn)行，這些都給機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)[1]。從汽輪機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來(lái)看，閥門(mén)是機(jī)組進(jìn)汽的關(guān)口，閥門(mén)開(kāi)啟，鍋爐側(cè)來(lái)汽才能經(jīng)過(guò)閥門(mén)進(jìn)入汽輪機(jī)通流，閥門(mén)關(guān)閉可阻斷鍋爐來(lái)汽使機(jī)組停運(yùn)，閥門(mén)開(kāi)度按設(shè)計(jì)曲線變化可以起到調(diào)節(jié)機(jī)組出力的作用，閥門(mén)可靠靈活地運(yùn)行與調(diào)節(jié)對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本文詳細(xì)介紹了某超超臨界汽輪機(jī)中壓閥門(mén)卡澀問(wèn)題及原因、處理過(guò)程，可供其他同類(lèi)型機(jī)組借鑒與參考。

1? ? 問(wèn)題描述

某電廠超超臨界汽輪機(jī)中壓閥門(mén)為聯(lián)合汽閥結(jié)構(gòu)，如圖1所示，上端為中壓調(diào)節(jié)閥，下側(cè)為中壓主汽閥，兩者共用一個(gè)閥殼。中壓主汽閥設(shè)置單獨(dú)的預(yù)啟閥，閥桿向上推動(dòng)預(yù)啟閥使其完成預(yù)啟行程后，大閥碟開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)并完成主行程。閥門(mén)完全開(kāi)啟時(shí)，通過(guò)閥桿與閥桿套筒的錐面完成接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。中壓調(diào)節(jié)閥的預(yù)啟閥與調(diào)節(jié)閥桿為整體結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)閥桿向上提升，閥桿頭部與預(yù)啟閥蓋接觸時(shí)預(yù)啟行程提升完畢，之后閥桿帶動(dòng)大閥碟向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)閥桿與端部閥殼內(nèi)的密封環(huán)錐面接觸時(shí)，主行程提升完成。一般在機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，中壓主汽閥、調(diào)節(jié)閥均處于全關(guān)位置。

2018年12月，汽輪機(jī)正常停機(jī)打閘后右側(cè)中壓主汽門(mén)、中壓調(diào)門(mén)卡澀，無(wú)法關(guān)閉，發(fā)電機(jī)無(wú)法解列。隨后通過(guò)手動(dòng)解列發(fā)電機(jī)，破壞真空緊急停機(jī)。停機(jī)約1 h后該中壓調(diào)門(mén)反饋到零，再經(jīng)過(guò)3 h后中壓主汽門(mén)反饋關(guān)閉信號(hào)到位。

查看歷史趨勢(shì)，打閘后該中壓主汽門(mén)及調(diào)門(mén)關(guān)閉信號(hào)正常發(fā)出，但中壓主汽門(mén)開(kāi)、關(guān)信號(hào)均存在（通過(guò)就地觀察確認(rèn)中壓主汽門(mén)未完全關(guān)閉），右側(cè)中壓調(diào)門(mén)從100%關(guān)到97%后不再關(guān)閉，中壓主汽閥在10%左右閥位卡澀無(wú)法關(guān)閉。停機(jī)后多次對(duì)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，該中壓主汽門(mén)及調(diào)門(mén)動(dòng)作均正常。同時(shí)，機(jī)組正常運(yùn)行期間進(jìn)行中壓調(diào)門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)也曾出現(xiàn)過(guò)卡澀現(xiàn)象。

2019年初，機(jī)組臨時(shí)停機(jī)對(duì)該中壓閥進(jìn)行解體檢修。由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，本次僅對(duì)可拆卸部位進(jìn)行了解體清理后回裝，未解體預(yù)啟閥及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。解體后發(fā)現(xiàn)部分閥芯件氧化皮較嚴(yán)重，如圖2所示，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單清理后回裝。

本次處理完成啟機(jī)后，閥門(mén)活動(dòng)性試驗(yàn)均無(wú)問(wèn)題，但5月中旬中調(diào)再次出現(xiàn)97%閥位卡澀、中主10%左右閥位卡澀的問(wèn)題。

2? ? 原因分析

根據(jù)DCS歷史記錄及停機(jī)后試驗(yàn)情況，基本排除了中聯(lián)門(mén)各電磁閥、卸荷閥、關(guān)斷閥堵塞造成油動(dòng)機(jī)故障的可能。結(jié)合年初臨時(shí)停機(jī)解體情況、閥門(mén)結(jié)構(gòu)等分析造成閥門(mén)卡澀的主要原因如下。

2.1? ? 中調(diào)97%閥位卡澀位置

閥門(mén)關(guān)閉至97%時(shí)卡澀，根據(jù)計(jì)算此時(shí)中壓調(diào)門(mén)閥桿只關(guān)了3%（約7 mm），仍處于主行程而尚未進(jìn)入預(yù)啟行程。從解體情況來(lái)看，密封環(huán)內(nèi)孔及大閥碟外圓（圖3中標(biāo)注1部位）、襯套內(nèi)孔（圖3中標(biāo)注2部位）處氧化皮較多，閥桿存在明顯碰磨痕跡，這兩處存在卡澀的可能。

2.2? ? 中壓主汽閥10%閥位卡澀位置

中壓主汽閥關(guān)閉至10%時(shí)卡澀，閥桿未關(guān)閉行程在預(yù)啟行程附近，閥桿套筒內(nèi)部（圖4中標(biāo)注1部位）、閥碟內(nèi)部預(yù)啟閥導(dǎo)向面及卡環(huán)內(nèi)孔（圖4中標(biāo)注2部位）、閥碟內(nèi)部襯套（圖4中標(biāo)注3部位）均存在卡澀的可能。由于機(jī)組年初檢修時(shí)上述部位并未解體，參照中調(diào)解體后氧化皮的情況，此處也存在因氧化皮或積鹽而導(dǎo)致閥門(mén)卡澀的可能。

2.3? ? 積鹽及氧化皮影響

對(duì)中聯(lián)門(mén)閥芯外表附著物進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該附著物外表層Na含量較高，推測(cè)應(yīng)該是來(lái)自再熱蒸汽的雜質(zhì)成分，其通過(guò)閥門(mén)與密封間隙時(shí)，蒸汽壓力與溫度降低，在通流部分形成積鹽。同時(shí)，閥門(mén)氧化卡澀主要與蒸汽品質(zhì)、富氧燃燒等因素息息相關(guān)。循環(huán)于汽輪機(jī)設(shè)備系統(tǒng)的水—蒸汽中含鐵量和溶解氧含量增加時(shí)，會(huì)加快汽輪機(jī)閥芯件和通流部件的腐蝕和結(jié)垢。

因此，綜合分析認(rèn)為，造成中壓主汽閥與調(diào)閥卡澀的主要原因在于閥桿與閥桿密封襯套部件間隙較小，在高溫下閥桿及閥桿密封部件上形成氧化皮，加之蒸汽品質(zhì)不好形成積鹽，造成閥桿和閥桿密封部件之間碰磨卡澀。

3? ? 處理方案及效果

由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，為徹底解決閥門(mén)卡澀問(wèn)題，最終擇機(jī)將該中壓閥門(mén)返回廠家進(jìn)行解體檢修，更換部分閥芯件并恢復(fù)設(shè)計(jì)間隙。主要方案如下：

3.1? ? 中聯(lián)大閥蓋

將大閥蓋上的閥套與大閥蓋進(jìn)行解體，拆卸閥套上的密封環(huán)、卡環(huán);機(jī)加工去除大閥蓋內(nèi)部的上、下襯套及密封環(huán)后，重新更換襯套及密封環(huán)。更換后的襯套采用新型噴焊司太立結(jié)構(gòu)，大大提高了襯套的抗氧化、防磨損以及避免襯套內(nèi)孔變形的能力。主要的返修流程介紹如下：

（1）將中調(diào)閥碟與大閥蓋部分進(jìn)行拆分。

（2）對(duì)大閥蓋上的閥套與大閥蓋進(jìn)行解體，更換對(duì)應(yīng)的連接螺栓，同時(shí)拆卸閥套上的密封環(huán)、卡環(huán)。

（3）清除拆卸后的閥芯件的表面異物以及氧化皮，對(duì)閥芯件進(jìn)行整體目視檢查及無(wú)損檢查。

（4）拆除大閥蓋上的上、下襯套及密封環(huán)，更換新型內(nèi)部襯套、密封環(huán)，更換前需確認(rèn)閥桿外徑尺寸及彎曲情況（若超標(biāo)則進(jìn)行必要的修復(fù)），確保閥桿間隙滿足設(shè)計(jì)要求。

（5）完成其他部件安裝工作。

3.2? ? 中聯(lián)閥調(diào)節(jié)閥碟

中聯(lián)調(diào)節(jié)閥芯解體，清理拆卸下的所有閥芯件表面異物以及表面氧化皮;調(diào)節(jié)閥碟導(dǎo)向面噴焊司太立合金優(yōu)化，提高該摩擦副抗氧化及磨損性能;更換調(diào)節(jié)閥桿上的防轉(zhuǎn)銷(xiāo)，防轉(zhuǎn)銷(xiāo)更換為抗氧化性能更好的高溫合金。主要的返修流程介紹如下：

（1）返廠的中聯(lián)調(diào)節(jié)閥芯解體，解體時(shí)保護(hù)好調(diào)節(jié)閥蓋與調(diào)節(jié)閥碟的連接螺孔、螺紋。

（2）清理拆卸下的所有閥芯件的表面異物以及表面氧化皮，對(duì)閥芯件進(jìn)行目視及無(wú)損檢查。

（3）拆卸閥桿頭上的銷(xiāo)，注意保護(hù)銷(xiāo)孔，同時(shí)檢查調(diào)節(jié)閥桿外徑尺寸以及彎曲情況，若超標(biāo)則進(jìn)行必要的修復(fù)。

（4）對(duì)調(diào)節(jié)閥碟的上下密封面進(jìn)行無(wú)損檢查，若有超標(biāo)缺陷則進(jìn)行必要的修復(fù)。

（5）調(diào)節(jié)閥碟導(dǎo)向面按最新工藝進(jìn)行噴焊處理，提高該配合面抗氧化及抗磨損能力，同時(shí)注意保證該處的配合間隙。

（6）完成其他部件安裝工作。

3.3? ? 中壓主汽閥碟

中壓主汽閥碟解體，清理解體后的閥芯件的表面異物以及氧化皮;最小量加工去除主汽閥碟內(nèi)部的止動(dòng)環(huán)及閥桿套筒內(nèi)部的襯套，然后更換新的止動(dòng)環(huán)及閥桿襯套。更換后的襯套采用新型噴焊司太立結(jié)構(gòu)，并恢復(fù)設(shè)計(jì)閥桿間隙。主要的返修流程介紹如下：

（1）對(duì)中壓主汽閥碟進(jìn)行解體，解體過(guò)程中注意保護(hù)相關(guān)部件，防止磕碰及損傷。

（2）清理解體后的閥芯件的表面異物以及氧化皮，對(duì)閥芯件進(jìn)行整體目視檢查及無(wú)損檢查。

（3）對(duì)主汽閥桿進(jìn)行尺寸、彎曲檢查，若超標(biāo)則進(jìn)行必要的修復(fù)。

（4）對(duì)主汽閥碟密封面與預(yù)啟閥碟密封面進(jìn)行無(wú)損檢查，若有超標(biāo)缺陷則進(jìn)行必要的修復(fù)。

（5）拆除閥碟內(nèi)部的止動(dòng)環(huán)、主汽預(yù)啟閥蓋上的襯套以及套筒內(nèi)部的上、下襯套，并更換采用優(yōu)化升級(jí)工藝制造的相關(guān)部件，更換過(guò)程檢查及確保配合間隙滿足設(shè)計(jì)要求。

（6）完成其他部件安裝工作。

3.4? ? 后續(xù)運(yùn)行措施

（1）廠家啟動(dòng)運(yùn)行說(shuō)明書(shū)中明確要求閥門(mén)定期進(jìn)行活動(dòng)試驗(yàn)，尤其是全行程活動(dòng)試驗(yàn)，嚴(yán)格執(zhí)行，以消除雜質(zhì)堆積、金屬粘連等情況對(duì)閥門(mén)活動(dòng)的不良影響。

（2）循環(huán)于汽輪機(jī)設(shè)備系統(tǒng)的水—蒸汽，若含雜質(zhì)將降低設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。因此，需注意控制汽水質(zhì)量，按照廠家要求的水蒸氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)定期進(jìn)行檢測(cè)并使其滿足要求。

3.5? ? 處理效果

經(jīng)此處理后，閥門(mén)之前的卡澀問(wèn)題得到了解決，同時(shí)提高了機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性。

4? ? 結(jié)論

（1）造成該機(jī)組中壓主汽閥與調(diào)閥卡澀的原因是閥桿與閥桿密封襯套部件間隙小，在高溫下閥桿及閥桿密封部件上形成氧化皮，加之蒸汽品質(zhì)不好形成積鹽，造成閥桿和閥桿密封部件之間碰磨卡澀。

（2）閥芯件長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)作也可能造成閥門(mén)活動(dòng)不暢的情況，因此建議按廠家說(shuō)明書(shū)要求定期進(jìn)行閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)，尤其是全行程活動(dòng)試驗(yàn)，以消除雜質(zhì)堆積等情況對(duì)閥門(mén)活動(dòng)的不良影響。同時(shí)，加強(qiáng)機(jī)組汽水品質(zhì)控制對(duì)于主動(dòng)解決閥門(mén)卡澀問(wèn)題也至關(guān)重要。

（3）隨著汽輪機(jī)技術(shù)及材料技術(shù)的進(jìn)步，目前基于大量的材料工藝試驗(yàn)和專(zhuān)項(xiàng)研究攻關(guān)的閥芯材質(zhì)升級(jí)、表面工藝升級(jí)、間隙優(yōu)化、運(yùn)行控制優(yōu)化等多方面措施，可以提升閥門(mén)的抗氧化能力及卡澀風(fēng)險(xiǎn)，相比只是簡(jiǎn)單地將閥門(mén)解體進(jìn)行清理、恢復(fù)間隙的處理手段更能解決問(wèn)題。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陳洪煉.汽輪機(jī)閥門(mén)卡澀常見(jiàn)故障分析與預(yù)防[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2016，23（8）：22-24.

收稿日期：2021-11-30

作者簡(jiǎn)介：黃坤（1987—），男，四川人，工程師，研究方向：汽輪機(jī)改造及技術(shù)服務(wù)。

3785500338273