某百万机组高压调节汽门阀座断裂原因分析范跃军--中国期刊网

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某百万机组高压调节汽门阀座断裂原因分析范跃军

发表时间：2020/9/27 来源：《基层建设》2020年第17期作者：范跃军

[导读] 摘要：某电厂百万机组，运行人员定期在线做2号高压调节汽门活动试验时，关到38%时无法继续关闭，多次试验依然停在在38%位置关不下去。

        华能沁北发电有限责任公司河南济源 459011
        摘要：某电厂百万机组，运行人员定期在线做2号高压调节汽门活动试验时，关到38%时无法继续关闭，多次试验依然停在在38%位置关不下去。汽门在38%～100%区间开关正常，且在此区间能正常调节机组负荷，为保证机组安全稳定运行，将2号调门强制为关状态，用其它三个高调门进行调节。机组检修期间对2号高压调节汽门进行了解体检查，发现阀座已断裂成4块，其中2块卡在阀芯与阀体之间，导致运行期间阀门行程卡在38%处；经过进一步测量和分析，得出阀座断裂的主要原因为加工制造工艺缺陷的结论。
        关键词：高压调节汽门；活动试验；阀座；行程
        引言
        某百万机组为一次中间再热、单轴、四缸、四排汽（双流低压缸）、带有48英寸钢制末级叶片的1000MW超超临界冲动凝汽式汽轮机。高压调节阀型式为液压开启，弹簧关闭，定位球阀，数量4个，全部为连续控制型调节阀，开启方法为联合调节。每一个高压调节阀阀门都设计有直径为大阀四分之一的预启阀，预启阀的直径小到足以在初始蒸汽为全压力的情况下被提起，预启阀碟先于大阀碟提升，汽流可以通过大阀碟与阀碟套筒之间的间隙流向阀后，这样降低了开启大阀的提升力。所有调节阀的控制方式可由全周进汽（节流调节）切换到部分进汽（喷嘴调节），即可进行“组合调节”。
        阀座与阀碟的球型密封表面堆焊有一圈司太立合金，提高耐磨性，以保证接触面的紧密配合，阀碟的圆盘式结构可使主汽阀快速关闭。4个调节阀成一条线安装于共同的阀室之上，蒸汽从主汽阀流向调节阀，主汽阀壳和调节阀壳焊接为一个整体，布置在机头侧运行平台下。每个调节阀通过一根高压主汽管与高压缸进口相连，阀门分别由各自的油动机控制。
        1 设备存在的问题
        1.1试验情况
        2019年2月19日，#6机组运行正常，机组负荷550MW。2月19日16：10，运行人员定期在线做#6机组2号高调门阀门活动试验时，关到38%时无法继续关闭，多次试验依然卡涩在38%位置。汽门在38%～100%区间开关正常，且在此区间能正常调节机组负荷，为保证机组安全稳定运行，将2号调门强制为关状态，用其它三个高调门进行调节。
        检修人员到达现场以后首先对汽门无法关闭位置进行测量，发现该位置刚好在2号高调门总行程的38%关位，与运行盘上无法关闭位置一致，同时热工确认反馈与指令信号均正常；其次检修人员对操纵座及周围附属设备进行检查，未发现锁母、弹簧座、连接杆等有异常；最后对油动机油路进行检查，伺服阀在38%～100%区间开关正常，检查油管温度正常，油管振动正常。当时初步分析为阀门氧化皮卡涩所致，计划在5月份检修期间解体检查。
        1.2 阀门解体检查情况
        2019年5月18日2号高调门解体后，发现2号高调门阀座断裂成4块（见图1），其中有2块处于阀体底部（见图2），导致汽门关不下去。这是阀门关到38%时无法继续关闭的主要原因。另外1块在阀后管道底部、1块已进入高压缸喷嘴室内。

        图1                           图2
        2 原因分析
        2.1 7月1日，制造厂家对阀座残块进行分析，给出的分析和结论
        （1）阀座材质负荷设计，阀座的断裂性质为疲劳断裂。
        （2）从阀座材质来看，阀座基体的化学成分与力学性能均符合B/HJ705-2006中对1Cr9MoVNbN钢的技术要求。
        （3）从阀座断口分析结果来看，阀座两侧完全断裂的断口表面信息因磨损被破坏，裂纹源区以及扩展路径已不可辨识，但两侧断面均在对应司太力堆焊的位置存在扇形区域；而内表面打开的裂纹断面可见明显表征疲劳断口的海滩花样特征，说明阀座裂纹为疲劳裂纹。裂纹线性起源于司太立堆焊区表面，存在收敛于源区的发散棱线，源区位置未发现异常组织以及焊接缺陷，表明此段阀座的断裂与司太立层焊接质量无关。
        （4）鉴于目前返厂部件较小，断裂的整体情况无法获知，且断面磨损严重，有效信息被完全破坏，针对断裂原因无法得到准确信息，建议将断裂阀座全部返回厂内，对断裂原因进行准确分析。
        2.2 8月19日将剩余三块阀座发给制造厂家，10月15日再次给出分析：
        （1）阀座材质负荷设计，阀座的断裂性质为疲劳断裂。
        （2）从阀座材质来看，阀座基体的化学成分与力学性能均符合B/HJ705-2006中对1Cr9MoVNbN钢的技术要求。
        （3）从阀座宏观分析结果看，阀座断裂各部分偏差较大，其中#3部分在阀座外壁存在明显的磨损和凹坑，可推断出该部分区域在断裂前就发生了严重磨损。
        （4）裂纹的萌生与司太立焊接质量无关。
        （5）阀座运行过程中承受阀碟关闭造成的冲击载荷作用力，阀座与阀体共同承力，而阀座外表的磨损形貌表明阀座与阀体之间在裂纹前已发生周向转动，两则之间的过盈配合已减弱或消失，此时，阀座成为主要承力部位，大大降低了疲劳寿命，所以长期在周期性的冲击载荷下，很容易发生疲劳断裂。
        2.3 电厂方面的初步分析
        （1）图纸设计阀碟与阀孔过盈配合，过盈量：0.092～0.147mm。但实际阀座受力集中部位与阀座孔存在2.7mm的间隙，阀门快速关闭时，阀座遭受阀碟的多次冲击而发生疲劳断裂。这是阀座断裂的主要原因。
        （2）专业分析认为阀座发生外圆磨损和凹坑，是因为阀座先断裂后，背弧裸露在高压蒸汽流场中而被蒸汽冲击碰撞和吹损的原因，而并非阀座在阀体内先发生圆周运动产生的磨损。
        3 问题的处理
        通过用内窥镜检查，发现2号高导管底部水平管道内存有一块阀座残块，此残块通过用磁铁吸附的方法，于2019年5月23日成功取出。经过核对图纸，此阀座毛坯件重36.6KG，目前取出的三块合计31.3KG，理论计算仍有约5.3KG未找到。后用内窥镜在导汽管里反复查找，未发现剩余残块。尝试用扁铁绑上摄像头伸进喷嘴室内，但因导汽管长26米，且含有2个弯管部分，经多次努力，均无法将摄像头伸入喷嘴室内。经开专题会讨论，决定切除高压缸下方2号高导管立管进行打捞碎块。于5月29日将#2高导管立管切割完成，5月30日下午成功将3.2kg碎块从喷嘴内取出。
        专业人员对#2阀座底孔进行测量发现，阀座孔上方比下方大2.7mm（设计标准：阀座孔上下直径偏差≤0.03mm，且阀座与阀孔过盈配合，过盈量：0.092～0.147mm），因原始阀块已经碎裂，无法测量其原始尺寸，厂家人员在现场对阀座底孔进行了手工打磨处理，重新安装了新的阀座，并将阀座与阀体进行了焊接处理，有效防止其再次脱出。
        4 结束语
        高压调速汽门作为汽轮机调节保安系统的重要部件，担负着汽轮机安全稳定运行的重要责任，无论从设备设计、制造还是装配，都应极其严格，来不得半点马虎大意，否则可能造成巨大损失和灾难。通过此件事故，再次警醒设备生产制造单位要严控工艺标准，提醒电厂相关专业人员，做好设备制造过程的监造工作，确保设备生产质量。
        参考文献：
        [1]王德坚、张磊、张伟等.《汽轮机设备检修》中国电力出版社。2012年7月第一版
        [2]许世诚著.《火力发电设备检修实用丛书》中国电力出版社。2012年7月第一版
        [3]电力建设施工质量验收及评价规程《汽轮机设备检修》国家能源局2012年颁布。
        [4]参考文献：内容：哈尔滨汽轮机厂配套说明书CH01.000.1SM