引言

隨著汽輪機技術(shù)的發(fā)展,更加高效的高參數(shù)火電汽輪機組不斷投入運行,進汽參數(shù)的提升對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,我國能源結(jié)構(gòu)正不斷優(yōu)化調(diào)整,可再生能源裝機容量不斷提高,大批超超臨界火電機組頻繁啟停,參與變參數(shù)及調(diào)峰運行,這些都給機組長期穩(wěn)定運行帶來了挑戰(zhàn)[1]。從汽輪機設(shè)計結(jié)構(gòu)來看,閥門是機組進汽的關(guān)口,閥門開啟,鍋爐側(cè)來汽才能經(jīng)過閥門進入汽輪機通流,閥門關(guān)閉可阻斷鍋爐來汽使機組停運,閥門開度按設(shè)計曲線變化可以起到調(diào)節(jié)機組出力的作用,閥門可靠靈活地運行與調(diào)節(jié)對機組安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。本文詳細介紹了某超超臨界汽輪機中壓閥門卡澀問題及原因、處理過程,可供其他同類型機組借鑒與參考。

1問題描述

某電廠超超臨界汽輪機中壓閥門為聯(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,兩者共用一個閥殼。中壓主汽閥設(shè)置單獨的預(yù)啟閥,閥桿向上推動預(yù)啟閥使其完成預(yù)啟行程后,大閥碟開始向上運動并完成主行程。閥門完全開啟時,通過閥桿與閥桿套筒的錐面完成接觸來實現(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)啟閥蓋接觸時預(yù)啟行程提升完畢,之后閥桿帶動大閥碟向上運動,當(dāng)閥桿與端部閥殼內(nèi)的密封環(huán)錐面接觸時,主行程提升完成。一般在機組正常運行過程中,中壓主汽閥、調(diào)節(jié)閥均處于全關(guān)位置。

圖1中壓主汽閥、調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)剖面示意圖

2018年12月,汽輪機正常停機打閘后右側(cè)中壓主汽門、中壓調(diào)門卡澀,無法關(guān)閉,發(fā)電機無法解列。隨后通過手動解列發(fā)電機,破壞真空緊急停機。停機約1h后該中壓調(diào)門反饋到零,再經(jīng)過3h后中壓主汽門反饋關(guān)閉信號到位。

查看歷史趨勢,打閘后該中壓主汽門及調(diào)門關(guān)閉信號正常發(fā)出,但中壓主汽門開、關(guān)信號均存在(通過就地觀察確認中壓主汽門未完全關(guān)閉),右側(cè)中壓調(diào)門從100%關(guān)到97%后不再關(guān)閉,中壓主汽閥在10%左右閥位卡澀無法關(guān)閉。停機后多次對調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)進行試驗,該中壓主汽門及調(diào)門動作均正常。同時,機組正常運行期間進行中壓調(diào)門活動試驗時也曾出現(xiàn)過卡澀現(xiàn)象。

2019年初,機組臨時停機對該中壓閥進行解體檢修。由于現(xiàn)場條件限制,本次僅對可拆卸部位進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)場對其進行了簡單清理后回裝。

圖2中壓調(diào)門主閥芯處氧化皮照片

本次處理完成啟機后,閥門活動性試驗均無問題,但5月中旬中調(diào)再次出現(xiàn)97%閥位卡澀、中主10%左右閥位卡澀的問題。

2原因分析

根據(jù)DCs歷史記錄及停機后試驗情況,基本排除了中聯(lián)門各電磁閥、卸荷閥、關(guān)斷閥堵塞造成油動機故障的可能。結(jié)合年初臨時停機解體情況、閥門結(jié)構(gòu)等分析造成閥門卡澀的主要原因如下。

2.1中調(diào)97%閥位卡澀位置

閥門關(guān)閉至97%時卡澀,根據(jù)計算此時中壓調(diào)門閥桿只關(guān)了3%(約7mm),仍處于主行程而尚未進入預(yù)啟行程。從解體情況來看,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。

圖3中壓調(diào)節(jié)閥剖面圖

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。由于機組年初檢修時上述部位并未解體,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)致閥門卡澀的可能。

圖4中壓主汽閥剖面圖

2.3積鹽及氧化皮影響

對中聯(lián)門閥芯外表附著物進行檢測,發(fā)現(xiàn)該附著物外表層Na含量較高,推測應(yīng)該是來自再熱蒸汽的雜質(zhì)成分,其通過閥門與密封間隙時,蒸汽壓力與溫度降低,在通流部分形成積鹽。同時,閥門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)于汽輪機設(shè)備系統(tǒng)的水一蒸汽中含鐵量和溶解氧含量增加時,會加快汽輪機閥芯件和通流部件的腐蝕和結(jié)垢。

因此,綜合分析認為,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)場條件限制,為徹底解決閥門卡澀問題,最終擇機將該中壓閥門返回廠家進行解體檢修,更換部分閥芯件并恢復(fù)設(shè)計間隙。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行解體,拆卸閥套上的密封環(huán)、卡環(huán):機加工去除大閥蓋內(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行拆分。

(2)對大閥蓋上的閥套與大閥蓋進行解體,更換對應(yīng)的連接螺栓,同時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,對閥芯件進行整體目視檢查及無損檢查。

(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),更換前需確認閥桿外徑尺寸及彎曲情況(若超標(biāo)則進行必要的修復(fù)),確保閥桿間隙滿足設(shè)計要求。

(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,防轉(zhuǎn)銷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,解體時保護好調(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,對閥芯件進行目視及無損檢查。

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

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

(5)調(diào)節(jié)閥碟導(dǎo)向面按最新工藝進行噴焊處理,提高該配合面抗氧化及抗磨損能力,同時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)部的止動環(huán)及閥桿套筒內(nèi)部的襯套,然后更換新的止動環(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)計閥桿間隙。主要的返修流程介紹如下:

(1)對中壓主汽閥碟進行解體,解體過程中注意保護相關(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,對閥芯件進行整體目視檢查及無損檢查。

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

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

(5)拆除閥碟內(nèi)部的止動環(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)化升級工藝制造的相關(guān)部件,更換過程檢查及確保配合間隙滿足設(shè)計要求。

(6)完成其他部件安裝工作。

3.4后續(xù)運行措施

(1)廠家啟動運行說明書中明確要求閥門定期進行活動試驗,尤其是全行程活動試驗,嚴(yán)格執(zhí)行,以消除雜質(zhì)堆積、金屬粘連等情況對閥門活動的不良影響。

(2)循環(huán)于汽輪機設(shè)備系統(tǒng)的水一蒸汽,若含雜質(zhì)將降低設(shè)備長期運行的可靠性。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)定期進行檢測并使其滿足要求。

3.5處理效果

經(jīng)此處理后,閥門之前的卡澀問題得到了解決,同時提高了機組運行的安全可靠性。

4結(jié)論

(1)造成該機組中壓主汽閥與調(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)閥芯件長時間不動作也可能造成閥門活動不暢的情況,因此建議按廠家說明書要求定期進行閥門活動試驗,尤其是全行程活動試驗,以消除雜質(zhì)堆積等情況對閥門活動的不良影響。同時,加強機組汽水品質(zhì)控制對于主動解決閥門卡澀問題也至關(guān)重要。

(3)隨著汽輪機技術(shù)及材料技術(shù)的進步,目前基于大量的材料工藝試驗和專項研究攻關(guān)的閥芯材質(zhì)升級、表面工藝升級、間隙優(yōu)化、運行控制優(yōu)化等多方面措施,可以提升閥門的抗氧化能力及卡澀風(fēng)險,相比只是簡單地將閥門解體進行清理、恢復(fù)間隙的處理手段更能解決問題。