汽輪機主汽閥、調(diào)節(jié)閥常見故障分析和研究

詹雪蓮

摘 要： 主汽閥、調(diào)節(jié)閥是汽輪發(fā)電機組的重要部件 ，也是故障常發(fā)部件。文章根據(jù)在電力安裝實踐工作中的經(jīng)驗及查找的一些資料 ，分析了主汽閥、調(diào)節(jié)閥幾種常見故障產(chǎn)生的原因、危害 ，并提出了一些防治方法。

關(guān)鍵詞： 汽輪機；主汽閥；調(diào)節(jié)閥；故障

0 引 言

汽輪機的啟動、停機和功率的變化，是通過調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)調(diào)節(jié)各汽門的開大或關(guān)小，從而改變進入汽輪機的蒸汽流量或蒸汽參數(shù)來實現(xiàn)的。汽閥工作的正常與否直接影響到機組的安全經(jīng)濟運行。隨著汽輪發(fā)電機組單機容量不斷上升，對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性提出了更高的要求?，F(xiàn)代大功率汽輪機采取了帶減壓閥的結(jié)構(gòu)，大大減少閥門所需的提升力。提升力的減少卻為閥門的穩(wěn)定性帶來了新的問題。由于主汽閥、調(diào)節(jié)閥故障而引發(fā)的超速、負荷不穩(wěn)定等事故時有發(fā)生。要從根本上解決這些問題，除了提高和改善閥門的性能以外，更重要的是研究故障產(chǎn)生的原因，做好閥門的故障預(yù)測與診斷，發(fā)現(xiàn)故障源并及時處理，杜絕事故的擴大。

1 汽輪機主汽閥、調(diào)節(jié)閥常見故障分析

根據(jù)多年的電廠安裝經(jīng)驗，主汽閥、調(diào)節(jié)閥常發(fā)生的故障有：閥桿卡澀、閥桿斷裂、閥座松動等原因，以下針對這些故障進行分析：

1.1 閥桿卡澀

閥桿卡澀是火電廠常見故障之一，閥桿卡澀導(dǎo)致閥桿卡死將使閥門不能關(guān)閉，在某電廠曾出現(xiàn)過汽輪機由于調(diào)節(jié)閥閥桿卡澀在機組甩負荷時發(fā)生超速，其它電廠由于閥桿卡澀而引起的啟機階段轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，無法并網(wǎng)，并網(wǎng)工況下負荷不穩(wěn)定的故障也時有發(fā)生，超高壓大功率汽輪機某些部件處于高溫條件下長期運行，這些部件表面容易產(chǎn)生一種氧化層，如果不及時清理這種氧化層，閥桿將嚴重結(jié)垢，導(dǎo)致閥桿卡澀。

1.2 閥桿斷裂

閥桿變形導(dǎo)致閥座與閥芯相互摩擦，產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力過于集中會造成閥桿斷裂。另外還有一些其它原因。某電廠調(diào)節(jié)閥閥桿在運行中發(fā)生斷裂，斷裂位置在排氣孔處。斷口分析表明，閥桿的斷裂性質(zhì)是過載導(dǎo)致的延性斷裂，材質(zhì)理化檢驗結(jié)果表明閥桿的強度和硬度都低于技術(shù)條件要求，材質(zhì)的純凈度不高，閥桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及機械加工上的缺陷是閥桿斷裂的最主要原因。按照調(diào)節(jié)閥閥桿的設(shè)計要求，閥桿上的定位銷孔的位置應(yīng)位于自閥桿端部螺紋長度的約四分之一處，1#調(diào)節(jié)閥桿上定位銷孔的位置符合設(shè)計要求，在定位銷孔處未出現(xiàn)開裂，2#和3#調(diào)節(jié)閥桿的定位銷孔的位置都靠近閥桿螺紋上部的端面，都不符合設(shè)計要求，在2#和3#調(diào)節(jié)閥桿的定位銷孔都出現(xiàn)開裂，導(dǎo)致閥桿多處發(fā)生斷裂。閥桿的斷口分析表明閥桿的斷裂性質(zhì)是疲勞斷裂，裂紋自螺紋表面萌生，向內(nèi)部擴展。設(shè)計上要求閥桿氮化時對螺紋以上區(qū)域應(yīng)做好防護，防止氮化，閥桿的材質(zhì)檢驗結(jié)果表明，閥桿端部的大面積及螺紋的局部有氮化層，表明閥桿在氮化過程中未能對螺紋進行有效的防護，致使閥桿端部及螺紋局部被氮化，在氮化組織中形成顯微裂紋，增加了螺紋的脆性，導(dǎo)致螺紋在運行中出現(xiàn)局部剝落現(xiàn)象，形成偏載，進一步加劇了螺紋處的應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致閥桿疲勞斷裂。1#、2#和3#調(diào)節(jié)閥桿的斷裂性質(zhì)是疲勞斷裂，材質(zhì)都符合B/HJ479-2006的規(guī)定。閥桿在做氮化處理時未對螺紋進行有效防護，致使閥桿端部及螺紋局部被氮化，這是閥桿發(fā)生疲勞斷裂的主要原因。建議今后調(diào)節(jié)閥桿氮化時嚴格按照設(shè)計要求做好防護，防止螺紋被氮化。

1.3 閥座松動

高壓主汽閥是汽輪機進汽的總閥門。汽輪機正常運行時，主汽閥全開，汽輪機停機時，主汽閥關(guān)閉。其主要功能是，運行中汽輪機的任一遮斷保護裝置動作時，主汽閥應(yīng)能快速關(guān)閉，實現(xiàn)停機。若其中的閥碟與閥座的接觸面存在間隙，則會帶來高溫高壓氣體的泄漏，影響機組的停機動作，下面就高壓調(diào)節(jié)閥閥座松動的原因和處理方案做一下分析研究。

2 閥座松動原因

高調(diào)閥閥座松動是共性問題，某電廠在2008年底1號機大修時檢查閥座松動，對其割除返廠處理，當時處理工藝為將過盈間隙由0.22mm放大到0.28mm，對閥座邊緣焊接固定。閥座二次松動原因為制造廠對引進型技術(shù)消化不良，安裝工藝達不到，在機組啟停及變工況過程中，閥座在受熱狀態(tài)下擴散器過盈量減少導(dǎo)致松動。機組運行期間，閥座在高溫下產(chǎn)生變形，閥座的過盈量逐漸變小甚至消失，是導(dǎo)致閥座松動的主要原因。結(jié)構(gòu)設(shè)計上，原閥座設(shè)計過短，與閥體之間接觸面積偏小，導(dǎo)致過盈力偏小。閥體母材材質(zhì)（10315AP，相當于ZG15Cr1Mo1V）高溫力學(xué)性能余量過小，高溫下長期運行過程中產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致閥殼與閥座之間的過盈配合失效，也是閥座產(chǎn)生松動的原因之一。

3 閥座松動處理方案

2009年底起對閥座的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)進行改進，閥座材質(zhì)由10325PJ（12Cr2Mo）變更為X10CrMoVNb9-1（相當于P91材質(zhì)），閥座結(jié)合處長度增加30mm，閥座配合緊力上限由0.23mm增大至0.28mm?？紤]到高聯(lián)門已經(jīng)割除1次，對3號、4號高調(diào)閥閥座進行現(xiàn)場更換。首先采用鉆削方案將銷子拔出，然后制作專用工具用千斤頂將舊閥座呈向上拉的態(tài)勢。在舊閥座底部加裝密封板，注入液氮將其快速冷卻，消除過盈量后將閥座拔出，用鏜削機將高調(diào)閥基孔按照新型閥座尺寸加工至橢圓度、錐度、粗糙度合格。新閥座在液氮中緩冷后浸泡50min，快速將新閥座放入閥坑基孔內(nèi)。工裝壓板壓緊至閥座恢復(fù)常溫，加工銷孔、檢驗密封線，縫焊螺塞，最后檢查管道無異物。機組修后高調(diào)閥閥序保持為1-2-3-4，機組啟動過程中盡可能減小閥座與閥體的溫差，保證暖機充分。

4 結(jié)論

汽輪機主汽閥、調(diào)節(jié)閥是汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要部件，也是事故多發(fā)部件，為了降低事故發(fā)生率、減少事故的損失，就必須做好故障分析及診斷工作。本文綜合分析了汽輪機主汽閥、調(diào)節(jié)閥幾種常見的故障，并做了分析，提出了可行的建議及方法，希望在主汽閥、調(diào)節(jié)閥遇到故障問題時能為大家提供一些參考意見，也為主汽閥、調(diào)節(jié)閥能夠長期安全穩(wěn)定運行提供一些幫助。

參考文獻

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