洛河電廠600MW機(jī)組高調(diào)門(mén)門(mén)桿脫落原因分析及處理方案

（大唐淮南洛河發(fā)電廠，安徽 淮南 232008）

引言

大唐淮南洛河發(fā)電廠三期工程2×600MW超臨界機(jī)組，采用上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)西門(mén)子西屋公司生產(chǎn)的600MW超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、八級(jí)回?zé)岢闅?、凝汽式汽輪機(jī)組。其汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)通流部分采用沖動(dòng)式與反動(dòng)式聯(lián)合設(shè)計(jì)。本文對(duì)洛河電廠三期2×600MW機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中汽輪機(jī)高調(diào)門(mén)門(mén)桿脫落現(xiàn)象故障進(jìn)行分析，并將常規(guī)處理方案及其技術(shù)措施做一詳細(xì)介紹。

一、調(diào)節(jié)閥概述

1.調(diào)節(jié)閥工作原理

從鍋爐來(lái)的蒸汽通過(guò)兩路主汽門(mén)和調(diào)節(jié)閥進(jìn)入主蒸汽管，然后分別通入高壓缸內(nèi)的四個(gè)噴嘴室。啟動(dòng)時(shí)主汽門(mén)控制在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前的蒸汽流量，以及在緊急脫扣情況下提供快關(guān)控制。調(diào)節(jié)閥用于控制從汽輪機(jī)同步轉(zhuǎn)速及發(fā)電機(jī)符合控制進(jìn)汽量。在并網(wǎng)和符合控制期間，調(diào)節(jié)閥控制高壓缸的進(jìn)汽流量。由于每只調(diào)節(jié)閥有單獨(dú)的油動(dòng)機(jī)，在任何符合時(shí)，調(diào)節(jié)閥控制方式可以采用單閥，順序閥和混合方式運(yùn)行，使整個(gè)負(fù)荷范圍的性能最佳化。高壓抗燃油系統(tǒng)的供油裝置提供高壓抗燃油作為油動(dòng)機(jī)動(dòng)作的力，為響應(yīng)DEH發(fā)出控制指令，控制主汽門(mén)及調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)開(kāi)啟、關(guān)閉或某中間位置，調(diào)節(jié)進(jìn)入高壓缸的蒸汽流量。

2.調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

調(diào)節(jié)閥是單座提升式閥，每個(gè)閥碟由閥碟螺母和閥套兩件制成，以使與閥桿成撓性連接，調(diào)節(jié)閥是由軸向彈簧關(guān)閉和用軸向油動(dòng)機(jī)開(kāi)啟，調(diào)節(jié)閥的閥座是鑲嵌在閥殼底部凹槽上的，兩個(gè)調(diào)節(jié)閥閥蓋用墊片和螺栓連接到調(diào)節(jié)閥閥頂部，調(diào)節(jié)閥閥蓋和調(diào)節(jié)閥殼體結(jié)合面是用預(yù)應(yīng)力這些螺栓來(lái)密封，對(duì)主蒸汽進(jìn)汽管的兩個(gè)出口位于調(diào)節(jié)閥閥殼底部。

調(diào)節(jié)汽閥結(jié)構(gòu)如圖1所示

圖1 高壓調(diào)節(jié)汽閥

3.調(diào)節(jié)閥連接套結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

兩個(gè)調(diào)節(jié)汽閥平行布置在主蒸汽閥殼內(nèi)，每個(gè)調(diào)節(jié)汽閥的壓力和主蒸汽壓力相近，閥桿與閥門(mén)油動(dòng)機(jī)的活塞桿用連接套相連。油動(dòng)機(jī)活塞向上移動(dòng)打開(kāi)閥門(mén)，彈簧向下移動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)。彈簧使用球形墊片獲得對(duì)中，閥門(mén)的移動(dòng)是由閥桿襯套引導(dǎo)。這種布置提供了足夠的間隙，保持整個(gè)行程中閥桿的正確對(duì)中。調(diào)節(jié)汽閥連接套為絲扣連接，閥桿與油動(dòng)機(jī)活塞桿均有一個(gè)直徑為12mm長(zhǎng)度為115mm材質(zhì)為2Cr12Ni-Mo1W1V-5的固定銷(xiāo)固定，以防止閥桿及油動(dòng)機(jī)活塞桿運(yùn)行中發(fā)生旋轉(zhuǎn)退絲。

調(diào)節(jié)汽閥連接套結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 調(diào)節(jié)汽閥螺紋連接套

二、調(diào)節(jié)閥閥桿脫落故障現(xiàn)象及原因分析

1.調(diào)節(jié)閥閥桿脫落故障現(xiàn)象

自2007年我廠#5、#6機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，共發(fā)生調(diào)節(jié)閥閥桿脫落故障共計(jì)5起，共更換調(diào)節(jié)閥閥門(mén)組件（閥桿、閥碟、閥套、連接套）4套，嚴(yán)重影響了機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。下面對(duì)2007年以來(lái)#5、#6機(jī)組調(diào)節(jié)汽閥閥桿脫落現(xiàn)象進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

其相關(guān)參數(shù)如表格1所示：

表1 調(diào)節(jié)汽閥故障統(tǒng)計(jì)表

2.調(diào)節(jié)閥門(mén)桿脫落故障原因分析

根據(jù)以圖表1統(tǒng)計(jì)分析，調(diào)節(jié)汽閥連接套與閥桿固定銷(xiāo)斷裂，連接套與閥桿連接螺紋磨損嚴(yán)重，是造成造成閥門(mén)門(mén)桿脫落的主要原因。而發(fā)生此現(xiàn)象的根本原因總結(jié)為以下幾項(xiàng)：

2.1 調(diào)節(jié)汽閥閥桿原因

（1）由于調(diào)節(jié)閥工作不穩(wěn)定而造成的。

有的調(diào)節(jié)汽閥由于汽流旋轉(zhuǎn)而將頂部門(mén)蓋上口部分沖刷形成切割狀態(tài)，在運(yùn)行中，當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)處在某一開(kāi)度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生汽流的脈沖。頻率由幾赫茲到幾十赫茲，而壓力脈沖經(jīng)超過(guò)門(mén)前壓力很多，這將引起作用在門(mén)桿上的力發(fā)生突變，從而導(dǎo)致門(mén)桿振動(dòng)。

（2）調(diào)節(jié)閥門(mén)桿與門(mén)桿套的間隙過(guò)大

調(diào)節(jié)閥的振動(dòng)的另一原因是調(diào)節(jié)閥門(mén)桿與門(mén)桿套的間隙過(guò)大，門(mén)桿漏氣也會(huì)產(chǎn)生氣流脈動(dòng)，導(dǎo)致門(mén)桿振動(dòng)。

(3)應(yīng)力作用

門(mén)桿振動(dòng)使門(mén)桿及連接套固定銷(xiāo)經(jīng)常處在交應(yīng)力的作用下產(chǎn)生疲勞而導(dǎo)致斷裂，或者門(mén)桿螺帽的絲扣磨損造成脫落。

2.2 調(diào)節(jié)汽閥連接套原因

（1）連接套固定銷(xiāo)材質(zhì)不符合工況要求

固定銷(xiāo)作為連接套與閥桿連接的重要部件對(duì)材質(zhì)要求較高，按照上汽廠對(duì)固定銷(xiāo)要求，材質(zhì)應(yīng)為2Cr12NiMo1W1V-5,而在幾次檢修過(guò)程中對(duì)固定銷(xiāo)的材質(zhì)并沒(méi)有做具體要求，造成加工后備品不符合設(shè)備運(yùn)行要求，在運(yùn)行過(guò)程中閥桿應(yīng)力增加而造成固定銷(xiāo)疲勞老化變形，造成固定銷(xiāo)斷裂。

（2）連接套固定銷(xiāo)加工工藝不符合要求

連接套固定銷(xiāo)正常尺寸為Ф12X115mm，我們?cè)跀?shù)次加工過(guò)程中都按照此尺寸加工，但連接套固定銷(xiāo)孔在經(jīng)歷長(zhǎng)周期運(yùn)行后，由于磨損以及裝配原因其原始尺寸或多或少都發(fā)生了變化，其基孔變大導(dǎo)致固定銷(xiāo)安裝后配合間隙變大，以致固定銷(xiāo)松動(dòng)，運(yùn)行中曾發(fā)生過(guò)多次固定銷(xiāo)竄出現(xiàn)象。

（3）連接套固定銷(xiāo)安裝工藝不符合要求

檢修人員在進(jìn)行閥桿與連接套安裝時(shí)，未嚴(yán)格按檢修規(guī)程要求工作，在安裝固定銷(xiāo)時(shí)未注意銷(xiāo)孔的配合間隙，間隙過(guò)小時(shí)不可野蠻施工或強(qiáng)行裝入固定銷(xiāo)，固定銷(xiāo)在裝入銷(xiāo)孔時(shí)應(yīng)稍有緊力。（固定銷(xiāo)與銷(xiāo)孔配合間隙通常為0.01——0.02mm）

（4）連接套與閥桿絲扣連接配合不符合要求

連接套在經(jīng)歷長(zhǎng)周期運(yùn)行后，由于自身磨損以及裝配原因其原始尺寸都發(fā)生了變化，配合間隙過(guò)大加劇了閥桿絲扣的磨損，最終造成絲扣連接脫落。

2.3 連接套連接方式設(shè)計(jì)存在缺陷

在我廠高壓調(diào)節(jié)閥多次出現(xiàn)此種現(xiàn)象后，我們到幾個(gè)兄弟電廠調(diào)研，發(fā)現(xiàn)此種機(jī)型普遍都存在著此種現(xiàn)象。此種連接方式雖然節(jié)約空間，但安裝檢修工作量大，對(duì)零部件配合間隙要求高，在調(diào)節(jié)汽閥經(jīng)歷長(zhǎng)周期運(yùn)行后，連接套配合間隙的變化量比較大，人為無(wú)法控制，存在著許多不穩(wěn)定性。

三、調(diào)節(jié)閥閥桿脫落故障應(yīng)采取的技術(shù)措施

1.檢修過(guò)程中應(yīng)采取的技術(shù)措施

1.1 加強(qiáng)汽輪機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)定調(diào)節(jié)閥工作。

與運(yùn)行及熱控工作人員積極溝通，仔細(xì)分析，務(wù)求將調(diào)節(jié)閥工作參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)，穩(wěn)定調(diào)節(jié)閥運(yùn)行，降低調(diào)節(jié)閥振動(dòng)。

1.2 保證調(diào)節(jié)閥門(mén)桿與門(mén)桿套的間隙于合格范圍。

在檢修工作中對(duì)調(diào)節(jié)閥門(mén)桿與門(mén)桿套的間隙進(jìn)行測(cè)量，對(duì)不符合要求的設(shè)備部件進(jìn)行檢修或予以更換，直至符合設(shè)備安裝標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 保證連接套固定銷(xiāo)材質(zhì)、加工工藝及加工尺寸符合要求。

對(duì)連接套固定銷(xiāo)備品進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收，必須符合配合間隙要求才可以使用。

1.4 保證連接套與閥桿絲扣連接配合緊密。

連接套與閥桿絲扣要完全旋緊到位，不允許有松動(dòng)、卡澀現(xiàn)象。

1.5 保證連接套固定銷(xiāo)材質(zhì)、加工工藝及加工尺寸符合要求。

1.6 在連接套固定銷(xiāo)安裝完成后，對(duì)固定銷(xiāo)兩端與連接套外孔采取焊接固定，保證其在運(yùn)行過(guò)程中不發(fā)生移動(dòng)，防止其串出脫落。

2.運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生閥桿脫落采取的措施

2.1 采取措施

如在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生閥桿脫落現(xiàn)象，應(yīng)聯(lián)系運(yùn)行人員將高壓調(diào)節(jié)汽閥閥序由順序閥切換至單閥，然后緩慢關(guān)閉閥門(mén)至“零”位，并聯(lián)系熱控人員將閥門(mén)開(kāi)度強(qiáng)制為“零”位，保證閥位至“零”閥門(mén)不再活動(dòng)才可進(jìn)一步處理。我們?cè)跈C(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下暫時(shí)采取對(duì)閥桿與連接套結(jié)合部位成圓周焊接方式處理，待焊接完成后應(yīng)緩慢開(kāi)啟調(diào)節(jié)汽閥，觀察焊接部位是否焊接牢固，如焊接牢固則可正常開(kāi)啟。此外，在機(jī)組工況允許的情況下，應(yīng)該盡可能的調(diào)整閥門(mén)閥序讓此閥門(mén)盡量少的參與調(diào)解，固定在一定開(kāi)度，降低調(diào)節(jié)頻率，減少汽流沖擊，以防止焊接部位脫焊，再次造成閥桿與連接套脫落現(xiàn)象。待以后機(jī)組停備或檢修期間再對(duì)閥門(mén)閥桿及連接套進(jìn)行更換。

2.2 措施存在缺陷

此種方法只適用于在不影響機(jī)組正常運(yùn)行的情況下做在線處理，屬于臨時(shí)措施，焊接處理后的閥桿及連接套在以后的檢修過(guò)程中都已無(wú)法拆除，為了對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行解體并取下閥碟及閥套，只能在調(diào)節(jié)閥整體調(diào)出后，對(duì)閥桿及連接套做切割處理，切割后閥桿及連接套均不可使用，必須重新更換備品。閥桿及連接套備品價(jià)格高，備品購(gòu)買(mǎi)周期長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)損失過(guò)大。

3.調(diào)節(jié)閥閥桿連接套改進(jìn)技術(shù)措施

雖然我們對(duì)調(diào)節(jié)閥閥桿脫落故障做了很多的技術(shù)措施以及處理方案，但調(diào)節(jié)汽閥與連接套螺紋連接方式還是存在著很大的安全隱患和設(shè)計(jì)缺陷，如設(shè)備維修工作量大，設(shè)備運(yùn)行故障率高等，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以我們?cè)?014年下半年我廠#5機(jī)組大修過(guò)程中，嘗試著對(duì)#5機(jī)組#3、#4高壓調(diào)節(jié)汽閥的連接方式進(jìn)行了改造，將原先的高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿與油動(dòng)機(jī)活塞桿之間聯(lián)軸器的連接方式由螺紋連接改進(jìn)為法蘭緊固連接。

改造后連接部件如圖3所示：

圖3 調(diào)節(jié)汽閥法蘭聯(lián)軸器

四、調(diào)節(jié)閥法蘭緊固聯(lián)軸器優(yōu)點(diǎn)

1.法蘭緊固聯(lián)軸器拆卸、組裝十分便捷，大大減輕了檢修人員的工作量。

2.法蘭緊固聯(lián)軸器在運(yùn)行過(guò)程中觀察十分方便，利于運(yùn)行及檢修人員觀察調(diào)節(jié)汽閥工作工況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。

3.法蘭緊固聯(lián)軸器安裝后，高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿與油動(dòng)機(jī)活塞桿之間連接間隙極小，沒(méi)有富余量允許汽閥閥桿與油動(dòng)機(jī)活塞桿在聯(lián)軸器內(nèi)有活動(dòng)間隙，大大減輕了聯(lián)軸器閥桿、活塞桿之間的機(jī)械磨損。

五、調(diào)節(jié)閥閥桿聯(lián)軸器改進(jìn)后效果

自2014年我們對(duì)#5機(jī)組#3、#4高壓調(diào)節(jié)汽閥的連接方式進(jìn)行了改造，將原先的高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿與油動(dòng)機(jī)活塞桿之間聯(lián)軸器的連接方式由螺紋連接改進(jìn)為法蘭緊固連接后。#5機(jī)組#3、#4高壓調(diào)節(jié)汽閥安全穩(wěn)定運(yùn)行10248小時(shí)，未發(fā)生調(diào)節(jié)汽閥閥桿脫落現(xiàn)象，大大降低了設(shè)備故障率，提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能。

六、未來(lái)打算

我們?cè)趯?duì)#5機(jī)組#3、#4高壓調(diào)節(jié)汽閥在連接方式進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)后，很好的降低了設(shè)備故障率，大大提高了機(jī)組主要設(shè)備的健康水平，保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也為同類(lèi)設(shè)備今后的改型優(yōu)化提供了實(shí)踐依據(jù)，我們打算在今后的機(jī)組檢修過(guò)程中，逐步將余下的6組調(diào)節(jié)汽閥連接方式都改造為法蘭聯(lián)軸器連接，全面取代現(xiàn)有的螺紋連接套。

七、結(jié)束語(yǔ)

汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)設(shè)備的可靠穩(wěn)定，直接影響到整機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。高壓調(diào)節(jié)汽閥作為熱力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件尤為重要，仔細(xì)查找故障原因，合理制定相應(yīng)處理措施，優(yōu)化改進(jìn)故障設(shè)備結(jié)構(gòu)，就一定可以降低高壓調(diào)節(jié)汽閥故障率，從而保證汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。