600MW汽轮机高压主、调速汽阀故障分析与处理

第１９卷（２０１７年第１期）　电力安全技术　Ｊ　６００　ＭＷ汽轮机高压主　调速汽阀　故障分析与处理　闫福岐，刘．伟，田　颖　０３１４００）　（山西兆光发电有限责任公司，山西霍州［摘要］通过对ＮＫ６００－２４．２／５６６／５６６型超Ｉ　界６００ＭＷ中间再热两缸两排汽空冷凝汽式汽　轮机在运行中发生高压主、调速汽阀阀杆脱扣和阀座浮起等故障进行分析，查找故障原因，并进行　有效的处理，解决了该类问题，提高了汽轮机运行的可靠性。　（关键词］超临界汽轮机；高压主汽阀；高压调速汽阀；阀杆脱落　０概述　某厂２期工程，安装２台上海汽轮机厂有　限公司生产的ＮＫ６００－２４．２／５６６／５６６型超临界　流量和机组负荷无变化或变化很小。　（２）阀门出现指令到“０”，但反馈不能完全回　到“０”，只能关到某一位置。如２０１４－１０＂２９的　４号机组单阀运行时，发现３号高调阀只能关至　３９％，就地显示处于全关位置。　（３）１号瓦　向振动突涨，由１５７　ｍ涨到　１８７“ｉｉ１，最高能达到２０８　ｍ；２号瓦　向振动由　６１　ｍ涨到８４　ｍ，最高能达到１２３　ｍ。　６００　Ｍｗ中间再热两缸两排汽空冷凝汽式汽轮机，　为１９３型系列，于２００９年９月投产。　该机高压缸两侧分别设置１个高压汽室，每个　高压汽室装有相互垂直布置的１个高压主汽阀和２　个高压调速汽阀，即每台机组共有２个高压主汽阀　和４个高压调速汽阀。　１．２检查及处理　为查清阀杆脱落原因，在机组运行中和停机状　态下分别对高压调速汽阀的支撑、外观、行程、弹　卧式布置的每个主汽阀为“双阀碟”型结构，　包括２个单座非平衡式阀蝶，预启阀装入主阀的内　部，且预启阀与阀杆是整体结构，组成了牢固的组　合件。垂直布置的高压调速汽阀是单座提升式，各　由１只油动机控制。阀杆与阀门油动机的活塞杆由　簧等部件进行检查。　（１）运行中检查发现阀杆脱开，阀杆与连接杆　固定销切断，阀门就地处于全关位置。测量阀杆外　露尺寸为６５　ｍｍ，原始数据为４０　ｍｍ，阀杆与连　接杆脱开２５　ｍｍ，阀杆和连接杆连接螺纹咬死。　处理过程以２０１４－１０－２９发生的３号高调门故　障为例。使用专用螺柱将操纵座的弹簧压缩５　ｍｍ　并固定，取出切断的销子；紧固连接杆和阀杆，直　至紧不动阀杆后，松开专用螺柱将操纵座的弹簧恢　如图１所示的联轴器相连接，之间垫有垫片。高压　调速汽阀阀座高度约７９．５　ｍｍ，外径为２４１．２２－　２４１．６　ｍｍ，镶嵌在阀壳凹槽上。　１　高压调速汽阀阀杆脱落过程分析与处理　１．１脱落过程　复；使用镍基焊条（Ｎ１８２—１２５—１ｏＴｓ０２）将连接杆　和阀杆连接处焊接。　４号机组在５年之内共出现３次调速阀阀杆脱　落，分别是２０１０－０４－０２和２０１４－１０－２９的３号高　调门２次、２０１２－０３－０５的４号高调门１次，其主要　现象如下。　（２）停机后解体高压调速汽阀，发现其情况和　运行中差不多，不同之处就是阀杆与连接套之间存　在间隙。　处理方式采用更换阀杆及组件，同时将阀杆与　套加调整垫环并旋紧后，铰孔装销子。　一（１）输入阀位开关指令时，反馈变化，但蒸汽　９一　Ｊ　电力安全技术　第１９卷（２０１７年第１期）　１．３原因分析　直径，同时在连接套处加装防转板来克服机组正常　综合运行与检修状态检查情况，发现高压调速　运行时阀杆受到的旋转力的作用，以保证阀杆不再　汽阀有如下共性：阀杆装配后距离连接套顶部还有　脱落。销子封口要牢固可靠。　一定间隙；销子全部断裂；阀杆螺纹或多或少都　（２）重新装配阀杆与连接套之间的垫片，确保　受到损伤，尤其是阀杆上连接螺纹在靠近套一侧　阀杆能够旋死与套紧密接触，并装好销子。　（即靠近阀杆顶部）损伤严重，同时阀杆连接螺纹　（３）认真对阀杆螺纹和连接套内螺纹进行检查　上还有咬扣的痕迹。分析原因如下。　修理，已损坏严重的要更换相应备件。　（１）机组打闸时，在弹簧作用力下，高压调速　汽阀迅速关闭，阀蝶与阀座接触时会产生很大的冲　２高压调速汽阀阀座浮起过程分析与处理　击力，又由于阀杆顶部与套之间没有紧密接触，存　在间隙（见图１），所以冲击力全部集中在螺纹上（按　２．１　故障经过　照设计要求，冲击力应主要由连接套顶部承担）。　２０１４－０５－１９，４号机运行中发现４号高调阀　作用次数增多后，螺纹发生变形，阀杆与连接套发　（ＧＶ４）只能关到１５％，测量阀门行程比原始记录　生相对位移，最终导致销子被切变形或断开。　少５　ｍｍ。当年６月２２日，停机后对此问题进行　解体检查发现：阀座镶套的阀座与阀体四周有不均　匀的间隙，约３－７　ｍｍ；镶套阀座底部与阀体有不　均匀的间隙，约３－５　ｍｍ，阀座有不同程度变形，　说明阀座已上浮。针对阀座出现的问题咨询制造单　位，综合考虑后采取临时处理办法：用铜棒敲击阀　杆来振打阀座，使阀座尽量归位，以改善密封线密　封情况。采用段焊法，用Ａ３０２①３．２焊条焊接阀　座与阀体，防止阀座运行中上浮。　２０１４－１１－３０停机之后，再次发现４号机组　ＧＶ４关不回去，阀位指示停留在２７％，阀杆外露　尺寸为３２　ｍｍ，比原始数据４０　ｍｍ少８　ｍｍ。这　说明６月２２日临时焊接处理后，焊点再次开裂，　阀座上浮，于是解体４号机组４个高调门，发现如　下情况。　图１　高压调速汽阀和油动机连接示意　（１）ＧＶ４阀座损坏严重，接近报废（见图２）。　从损坏程度来看，其已经在运行中发生圆周旋转，　（２）机组采用ＡＧＣ／ＡＣＥ方式运行，高压调　而且因受过大的冲击损坏多次；同时２根销子全部　速汽阀时刻处在调节过程中，开和关交替进行。由　断裂，断头已找不到，阀座碎块和销子断头估计已　于阀杆和套之间存在间隙，开关阀门瞬间冲击力先　进入喷嘴室。销子断口如图３所示。　传递到销子上，造成销子出现疲劳损伤、断裂现象。　（２）ＧＶ３销子槽成圆弧状，沟比较深，很光滑，　（３）该型机组高压调速汽阀主阀碟固定在主阀　碾掉了一块。说明阀座在运行中也发生了旋转现象。　杆上，不能自由旋转。在设计上，２个高压调速汽　销子槽侧向角度发生变化，倒边。其中一根销子断　阀共用１个腔室，在高压调速汽阀内易产生漩涡汽　裂成３截，小的一截断头已找不到。　流，从而对主阀芯产生旋转力矩，阀芯带动阀杆旋　（３）ＧＶ２和ＧＶ１销子槽情况稍好，但也变深，　转，进～步将销子损坏，并最终导致阀芯及阀杆旋　很光滑。阀座在运行中也发生旋转现象，销子也发　出或螺纹损坏。　生磨损现象，整体长度不够。　１．４防范措施　（４）４个高调阀解体后，测量阀座、销子槽和　（１）销子选材上采用４５号钢，适当增加销子　销子的几何尺寸如表１、表２所示。图４和图５分　一９一　第１９卷（２０１７年第１期）　电力安全蕉　Ｊ　ｉ检修技术　ａｎｘｉｕｊｉｓｈｕ　别示出阀座及销子的几何形状。　已经小于阀座基孔尺寸，说明４个调门阀座与基孔　配合没有过盈力，运行中阀座在基孔内存在上下串　动和旋转现象。　＠．孽　图４高调阀阀座销子槽的几何形状　一攀　图５高调阀销子几何形状　主　２．２原因分析　（１）主蒸汽温度快速下降阀座收缩（２０１０—０７—　翟　２３．２０１４—０２—２８机组启动，主蒸汽温度急剧下降各　一　１次），阀壳与阀座出现间隙，导致阀座松动。阀　蔓一８　座在蒸汽流的作用下产生高频振动，阀壳与阀座由　图３　ＧＶ４阀座销子情况　于高频振动产生磨损使摩擦力逐渐下降，使得正常　运行时阀座频繁动作，高压调速阀阀壳与阀座过盈　从表中数据来看，阀座外直径　的几何尺寸　量不能保证设计值；当摩擦力小于蒸汽推力时，即　表１　４个高调门解体后阀座、销子槽的几何尺寸　阀座基孔　阀　高度　阀鹰外商径　阀座内直径　销孔长度　ＧＶｌ　７９．５　２４０．７　ｑ）ｌ４５　ｌ２５／１２４　中２４２．２５　阀座及销孔　ＧＶ２　７９．３　２４０．１　中ｌ４５　ｌｌ５／ｌ２０　中２４２．７　几何　寸　ＧＶ３　７９．４　２４０．！　中１４５　１６５／ｌ７０　中２４３．７５　２４２．５　ＧＶ４　损坏无法测量　一　一　５　７　Ｊ　电力安全技术　第１９卷（２０１７年第１期）　使在正常运行条件下阀座也会产生振动，阀壳与阀　座继续磨损，阀壳与阀座产生更大间隙，最后导致　（３）阀基孔镗削后，孔锥度及椭圆度应满足装　配条件，不超０．０５　ｍｍ。　阀座松动，阀座与阀壳分离，调节阀浮起。　（２）高压调速汽阀基孔加工前，阀座的应力时　效处理不完善。这致使基孔精加工后，在实际交变　热应力和交变载荷（包括震动载荷）的作用下，基　孔发生热应力（高温持久应力和高温蠕变应力）变　形，使基孔与阀座逐步产生间隙，在外力的连续作　用下，间隙逐步扩大而使阀座焊道断裂。　（３）阀座与基孔安装时过盈量太小。　（４）基孔与新阀座过盈量应为０．２３－０．２５　ｍｍ。　（５）密封线检查合格。　２．３．４运行措施　（１）机组启动过程中必须进行充分暖机，尤其　是主汽阀与高调阀切换之前，必须确保左右主蒸汽　阀门蒸汽室温度大于阀前压力饱和温度２０℃以上，　防止阀切换时因蒸汽温度低造成蒸汽带水导致阀座　迅速收缩。　２．３高压调速汽阀改造　２０１４年ｌ２月，对４个高调阀一并进行改造。　２．３．１采用新型阀座　（２）滑参数停机过程中，严格控制减负荷速率、　主汽压力和主汽温度下降速率，避免蒸汽温度反复　升降造成阀壳与阀座频繁摩擦。如进行滑参数停机，　主蒸汽温度必须有５６℃以上的过热度。　（３）定期进行各主、调汽阀的活动性试验。确　阀座材质变更为Ｘ１０ＣｒＭｏＶＮｂ９—１（原为　１０３２５ＰＪ）；阀座结合处长度比原阀座增加３０　ｍｍ，　为１０９．５　ｍｍ，外径约２４４左右ｍｍ；阀座配合紧　力间隙由０．２１　ｍｍ增大至０．２３　ｍｍ；同时对镶套　保各主汽阀、调汽阀开关灵活，严密性合格，防止　机组停运后汽门不严，造成冷水冷汽进入阀门室。　（４）机组大小修严禁过早拆除汽阀及连接管道　的保温，防止汽阀室温度的快速下降。　阀座凹槽用镗床往深镗３０ｍｍ，液氮冷却新阀座后　装入凹槽内，再用定位销子（直径：３０　ｍｍ，材　质：Ｃ４２２）固定后施焊。　１０３２５ＰＪ为具有抗氢腐蚀性以及具有较好　高温力学性能和耐温蠕变性能的珠光体耐热钢。　Ｘｌ０ＣｒＭｏＶＮｂ９—１不仅具有高的抗氧化性能和抗　高温蒸汽腐蚀性能，而且还具有良好的冲击韧性和　高而稳定的持久塑性及热强性能，其高温持久强　度、热稳定性和高温抗蠕变能力等综合性能强于　１０３２５ＰＪ。因此采用Ｘｌ０ＣｒＭｏＶＮｂ９—１更耐用。　２．３．２处理工艺　３高压主汽阀阀杆断裂　３．１断裂现象及分析　２０１３－０７—０８，３号机组临修结束后启动。在　冲转时，ｌ号主汽阀（ＴＶ１）逐渐全开，２号主汽阀　（ＴＶ２）开度１３％，两侧主汽阀开度偏差大于８５％　超过正常值。就地检查ＴＶｌ执行机构显示其为全　开位置，初步分析判断为冲转参数偏低，冲转汽量　不足导致主汽阀开度过大。于是汽机打闸后加强锅　炉燃烧，再次冲转、并网。　并网１．５ｈ后发现，３号机组主汽压力较实际　滑压压力偏高５　ＭＰａ左右。对比２个主汽阀工况　采用钻削方法将销子拔出。用专用千斤顶将旧　阀座呈向上拉的方式，在旧阀座底部加装密封板，　注入液氮将其快速冷却，消除过盈量后将阀座拔出。　用镗削机将高调阀基孔按照新型阀座尺寸加工至椭　圆度、锥度、粗糙度合格。新阀座在液氮中缓冷后　后发现如下情况：　浸泡５０　ｍｉｎ，快速将新阀座放人阀座基孔内，用　工装压板压紧至阀座恢复常温。加工销孔、检验密　（１）就地检查３号机组ＴＶ１，ＴＶ２阀杆位置　均在全开位，但比较发现ＴＶｌ就地过汽声明显较　ＴＶ２偏小；　封线、螺塞焊缝，最后检查管道确保无异物。由于　主、调速汽阀共用一个汽室，主汽阀解体后顺其通　道才能将新阀座就位。　２．３．３质量控制点及指标　（２）在ＤＣＳ画面上检查发现，ＴＶ１，ＴＶ２进　汽温度与阀体温度偏差较大（见表３）。　机组正常运行中主汽阀进汽温度与阀体温度　偏差应在１０℃左右，但表３中ＴＶ１的偏差达到　（１）施工前，阀口部位需封堵合格。　（２）新阀座高度增加３０　ｍｍ，镗削机镗基孔，　加工深度达３０ｍｍ。　一９０℃。结合就地主汽阀过汽声音的差异，同时主　汽压力较滑压压力偏高５　ＭＰａ，综合判断Ｔｖ１阀　ｐ一　第１９卷（２０１７年第１期）　电力安全技术　杆确实发生断裂；就地机械位置全开，但实际阀门　在全关位置。　表３　ＴＶ１。ＴＶ２进汽温度与阀体温度对比　℃　注：负荷３５０ＭＷ，主汽压力２１．３ＭＰａ，主汽温度　５３６℃　３．２临时处理措施　机组已经启动，若停机处理主汽阀阀杆断裂，　将造成机组非停，同时阀杆备件需２０天时间才能　到位，于是尝试运行中采取措施将阀门开启。　３号机组主汽阀为水平布置，并网后主汽阀在　全开位置，高压调速汽阀调整负荷。ＴＶ１阀杆断　裂后，ＴＶ１阀体实际在关闭位置，对应的ＧＶ１，　ＧＶ３在中间位置，主汽阀前进汽区为高压侧；主　汽阀后由于调门开启泄压为低压侧，主汽阀杆腔室　与阀杆漏气联通也为低压侧。由于主汽阀阀体前为　高压，阀体后为低压，阀体被两侧汽差压压死，不　会动作。　如果将Ｔｖ１对应的２个高调阀ＧＶ１，ＧＶ３全　部关闭，那么主汽阀后调门室压力将升高，由低压　区变为高压区，此时，主汽阀阀体前后汽压差减小　或基本相同，而主汽阀杆腔室内仍为低压侧。这种　情况下，阀杆断裂的主汽阀有可能在主汽阀后与主　汽阀杆腔室汽压差压的作用下自然开启。　按照上述思路和方法，成功将ＴＶ１开启正常，　并维持机组运行到２０１３－１　１－０８，３号机组按调度　要求停机备用，随即进行Ｔｖ１阀杆检查更换工作。　４高压主汽阀阀壳与阀座密封焊开裂　２０１４年ｌ２月，４号机组停机备用时处理高压　调速汽阀阀座浮起故障。解体高压主汽阀后发现，　高压主汽阀阀壳（材质：１０３１５ＡＰ）与阀座（材质：　１２Ｃｒ２Ｍｏ）环向密封焊接部分开裂。其中Ｔｖ１开　裂约３３０。，ＴＶ２全部开裂为３６０。。　分析原因与机组受到打闸时的冲击力和大幅　度温度变化有关。与制造厂家沟通后，用Ｅ３０９－　１６（Ａ３０２）①３．２焊条焊接。焊接前，用氧乙炔火焰　局部均匀加热至２００℃，测温位置离焊接区不少于　Ｊ　５０　ｍｍ；焊接过程中层间温度不得低于２００℃，不　得高于２６０℃，角焊缝尺寸不小于３　ｍｍ；焊后立　即加热到２５０℃，然后在保温下缓慢冷却至室温。　密封焊缝按ＰＳ８４３５０ＫＤ渗透检验（ＰＴ）或者相应　的电力标准渗透探伤，同时需渗透探伤检查阀座硬　质合金面。　．．　５结束语　通过分析该型汽轮机主、调汽阀４种异常工况，　并分别采取了临时和正式措施进行处理，恢复了机　组正常运行。但由于高参数大容量机组阀门关闭过　程中受到的瞬间冲击力非常大，后续考虑：　（１）是否在启动过程中减少打闸试验；　（２）计划停机时，在机组无蒸汽运行允许时间　以及机组振动合格情况下，通过热控逻辑关系逐个　关闭主、调汽阀，以减少汽阀关闭时的冲击力。　参考文献：　１陈运强，徐少波，张卓林，等．６６０ＭＷ汽轮机高压调速　汽门阀座改造［Ｊ］＿广东电力，２００２，１５（３）：５６－５７．　２康艳昌，康艳芹．６００　Ｍｗ汽轮机高压调门阀座松动的原　因分析、处理与防范措施［Ｊ】．中国机械，２０１３，３２（１７）：　１７—１８．　３石淑莲，贾泽．超超临界汽轮机主汽调节联合阀阀壳　与阀座瞬态过盈接触分析［Ｊ］．汽轮机技术，２０１１，５３（２）：　１０１—１０３．　４王早．２×６００　Ｍｗ直接空冷机组高压调速汽门异常分　析与处理［Ｊ］．华北电力技术，２０１３，４３（６）：４４—４６．　５张林茂，陈峰，刘子夫，等．３００ＭＷ机组高压调节汽　阀阀杆脱落或断裂的故障分析与处理［ｃ］．全国火力发电　厂汽轮机专业技术交流研讨会，昆明，２００８．　收稿日期：２０１６－０１－１９｝修回日期：２０１６—０７－２６。　作者简介：　闫福岐（１９６８一），男，工程师，主要从事火电厂设备运行与检　修管理工作，ｅｍａｉｌ：ｙａｎｆｕｑｉ２００４＠１２６．ｔｏｍ。　刘伟（１９９１一），男，助理工程师，主要从事火电厂集控运行　工作。　田颖（１９９１一），女，助理工程师，主要从事火电厂集控运行　工作。　一　一