9FA燃機(jī)/汽輪機(jī)主蒸汽截止和控制閥故障

丁勇能 朱偉雄

作者通聯(lián)：杭州華電半山發(fā)電有限公司 浙江杭州市拱康路200號(hào) 310015

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杭州華電半山發(fā)電有限公司的STAG109FA 390MW單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，是目前國(guó)內(nèi)大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組之一，由美國(guó)通用電氣（GE）公司提供設(shè)備。2號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)組在調(diào)停后正常啟動(dòng)，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷280MW時(shí)，汽輪機(jī)主蒸汽壓力升高至10MPa，比正常偏高2MPa；主蒸汽流量238t/h，比正常減少8t/h。此后機(jī)組無(wú)法在正常主汽壓力、主汽流量下滿足額定負(fù)荷要求，機(jī)組負(fù)荷只能維持在300MW左右。通過(guò)檢查，判斷是主蒸汽截止和控制閥（MSCV）閥座密封面脫落，引起汽輪機(jī)高壓部分通流部件損壞。

一、主蒸汽截止和控制閥結(jié)構(gòu)和功能

MSCV是一只組合閥門(mén)，它們裝設(shè)在一只共同的閥體內(nèi)，控制閥的閥碟位于截止閥的閥碟之上，并包裹著截止閥的閥碟。但是，截止閥和控制閥均有相互獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)部件和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確保設(shè)備的可靠性。圖1為主蒸汽截止和控制閥體剖面圖。

控制閥的主要功能是進(jìn)行速度和負(fù)荷控制，是防止超速的第一道防線，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升到超過(guò)規(guī)定的數(shù)值時(shí)控制閥被強(qiáng)制全關(guān)。在正常啟停機(jī)狀態(tài)下，根據(jù)電液控制系統(tǒng)的電信號(hào)，用伺服閥來(lái)操縱控制閥，來(lái)防止汽輪機(jī)的超速；在故障跳機(jī)狀態(tài)下，控制閥的最終12%行程的關(guān)閉力由彈簧和不同流量時(shí)蝶閥的壓力降提供。正常運(yùn)行時(shí)控制閥在全開(kāi)位置，汽輪機(jī)的主蒸汽參數(shù)由鍋爐側(cè)控制。

圖1 主蒸汽截止和控制閥體剖面圖

截止閥的主要功能完全是為了在事故狀態(tài)下提供應(yīng)急保護(hù)，是在正常轉(zhuǎn)速控制裝置故障時(shí)提供第二道防線，它是緊急跳閘系統(tǒng)的一部分。由獨(dú)立的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制截止閥的全開(kāi)或全關(guān)。在有跳機(jī)信號(hào)時(shí)，全關(guān)該閥門(mén)。

二、主蒸汽截止和控制閥損壞情況

在將MSCV解體后，目視檢查發(fā)現(xiàn)控制閥閥座的密封面有金屬部件缺失和較多的裂紋（圖2）。同時(shí)檢查了控制閥的閥芯和截止閥的閥座、閥芯，均未發(fā)現(xiàn)圖2的情況?？刂崎y閥座密封面缺失的金屬部件無(wú)阻礙的進(jìn)入了汽輪機(jī)高壓透平側(cè)，沖擊汽輪機(jī)高壓前幾級(jí)的靜葉片和動(dòng)葉片，從而造成靜葉片和動(dòng)葉片的損壞，葉片的正常流道被破壞。這是機(jī)組未能帶滿負(fù)荷的主要原因。圖3、4所示，為靜葉片和動(dòng)葉片的損傷情況。

查閱資料可知，控制閥閥座表面有鎢鉻鈷合金嵌體，通過(guò)特殊的鑲嵌工藝嵌在控制閥的閥座上，以保持與截止閥的密封表面緊密。通過(guò)PT（Penetrate Testing）滲透檢測(cè)/滲透探傷檢查，表明鎢鉻鈷合金與母材界面有多處裂紋，裂紋蔓延的本性說(shuō)明存在附加應(yīng)力，一旦發(fā)生裂紋，它通常沿著鎢鉻鈷合金與母材之間較硬的混合層蔓延。裂紋產(chǎn)生和鎢鉻鈷合金脫落有四個(gè)方面的原因。

（1）有疏水從主蒸汽導(dǎo)氣管或閥座的疏水口倒流入閥門(mén)，沉積在閥門(mén)密封盤(pán)上疏水孔側(cè)。在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，大量的新蒸汽進(jìn)入MSCV，在流經(jīng)控制閥閥座時(shí)，閥座受熱膨脹，但由于閥座疏水孔側(cè)存有積水，相對(duì)密封面?zhèn)葴厣黠@較慢，結(jié)果密封面?zhèn)扰蛎涊^快，疏水孔側(cè)膨脹較慢，密封面?zhèn)龋ㄦu鉻鈷合金嵌體）受到附加的拉應(yīng)力；在機(jī)組停機(jī)時(shí)，情況剛好相反，密封面?zhèn)扰蛎浭湛s較快，疏水孔側(cè)收縮較慢，密封面?zhèn)仁艿礁郊拥膲簯?yīng)力。

圖2 主蒸汽截止閥閥座密封面PT檢查

圖3 第一級(jí)靜葉片損壞情況

圖4 第一級(jí)動(dòng)葉片損壞情況

如果閥座的疏水管道布置不合理或疏水排放不及時(shí)，在機(jī)組啟停過(guò)程中閥座的鎢鉻鈷合金嵌體會(huì)受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的交變作用。對(duì)需要日開(kāi)夜停的調(diào)峰機(jī)組，這種交變應(yīng)力的存在對(duì)閥座鎢鉻鈷合金嵌體的鑲嵌工藝提出了更高的要求。而事實(shí)上，由于電網(wǎng)和天然氣網(wǎng)的問(wèn)題，目前大部分燃?xì)鈾C(jī)組無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。

（2）出現(xiàn)機(jī)組故障跳機(jī)情況，運(yùn)行操作不當(dāng)，在關(guān)閉控制閥過(guò)程中，超出控制閥每次操作≤10%行程的要求，控制閥均會(huì)自動(dòng)全關(guān)，這時(shí)液控裝置在控制閥達(dá)到最終12%行程的時(shí)候已經(jīng)提前泄壓完成，控制閥最后12%行程將由彈簧和蒸汽在碟閥上下的壓力降提供，實(shí)現(xiàn)快速關(guān)閉，對(duì)閥座的鎢鉻鈷合金嵌體產(chǎn)生額外沖擊。

（3）鎢鉻鈷合金的鑲嵌工藝有缺陷，或者在鑲嵌過(guò)程中產(chǎn)生的瑕疵，導(dǎo)致鎢鉻鈷合金與母材的結(jié)合不密實(shí)或者夾層。

（4）鎢鉻鈷合金的材料選擇不合理，與母材的熱膨脹系數(shù)不一致，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中受熱后產(chǎn)生附加應(yīng)力。

三、預(yù)防和檢修

由于MSCV的鎢鉻鈷合金脫落是直接進(jìn)入汽輪機(jī)高壓透平，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害高壓透平靜、動(dòng)葉片，需要汽輪機(jī)開(kāi)高中壓缸，更換、修理透平靜、動(dòng)葉片?？紤]到從國(guó)外采購(gòu)靜、動(dòng)葉片等備件的采購(gòu)周期會(huì)非常的漫長(zhǎng)，會(huì)給電廠帶來(lái)巨大的直接損失和不可估量的間接損失。故此類(lèi)故障因引起電廠的高度重視，建議采取并不限于以下措施：

（1）檢查主蒸汽進(jìn)口管道和MSCV閥體疏水口和疏水閥。確保疏水口的通暢，和疏水閥可正常啟閉，檢查疏水管道的斜度是否符合安裝要求。同時(shí)需要檢查在機(jī)組啟停過(guò)程中，有關(guān)疏水閥的操作規(guī)范是否符合GE操作和維護(hù)手冊(cè)的要求，并得到有效的執(zhí)行。

（2）在常規(guī)MSCV維護(hù)過(guò)程中，對(duì)閥座必須進(jìn)行目視檢查和PT或超聲波檢查。任何鎢鉻鈷有裂縫或缺失的情況都必須更換閥座。一般對(duì)連續(xù)運(yùn)行機(jī)組，結(jié)合CI（Combustion Inspection）燃燒室檢查（相當(dāng)于國(guó)內(nèi)的小修級(jí)別，一般8000當(dāng)量運(yùn)行小時(shí)一次），對(duì)MSCV閥座進(jìn)行檢查，如果是日開(kāi)夜?；蛘哳l繁啟停的機(jī)組，檢查周期需要進(jìn)一步的縮短。

（3）加強(qiáng)機(jī)組的運(yùn)行管理，提高運(yùn)行操作水平，尤其是在關(guān)閉控制閥的時(shí)候，必須嚴(yán)格的按照操作規(guī)程執(zhí)行，杜絕超10%量程的操作，減少對(duì)閥座鎢鉻鈷合金嵌體的沖擊。

（4）加強(qiáng)對(duì)備用閥座的管理。閥座的鎢鉻鈷合金嵌體是可修復(fù)的。對(duì)新采購(gòu)或修復(fù)的閥座，必須進(jìn)行目視檢查和PT或超聲波檢查，確保質(zhì)量。

（5）一旦發(fā)生閥座密封面脫落，從而損壞高壓透平。機(jī)組應(yīng)盡快停機(jī)，隨著時(shí)間的推移，損壞的高壓透平部件有可能失效或固定在隔板上的部件可松動(dòng)，造成附加損失。