引言

隨著汽輪機技術的發(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性能及抗氧化性能也提出了更高的要求。同時,我國能源結構正不斷優(yōu)化調整,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]。從汽輪機設計結構來看,閥門是機組進汽的關口,閥門開啟,鍋爐側來汽才能經(jīng)過閥門進入汽輪機通流,閥門關閉可阻斷鍋爐來汽使機組停運,閥門開度按設計曲線變化可以起到調節(jié)機組出力的作用,閥門可靠靈活地運行與調節(jié)對機組安全穩(wěn)定運行至關重要。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)合汽閥結構,如圖1所示,上端為中壓調節(jié)閥,下側為中壓主汽閥,兩者共用一個閥殼。中壓主汽閥設置單獨的預啟閥,閥桿向上推動預啟閥使其完成預啟行程后,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。中壓調節(jié)閥的預啟閥與調節(jié)閥桿為整體結構,調節(jié)閥桿向上提升,閥桿頭部與預啟閥蓋接觸時預啟行程提升完畢,之后閥桿帶動大閥碟向上運動,當閥桿與端部閥殼內的密封環(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、調節(jié)閥均處于全關位置。

圖1中壓主汽閥、調節(jié)閥結構剖面示意圖

2018年12月,汽輪機正常停機打閘后右側中壓主汽門、中壓調門卡澀,無法關閉,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后該中壓調門反饋到零,再經(jīng)過3h后中壓主汽門反饋關閉信號到位。

查看歷史趨勢,打閘后該中壓主汽門及調門關閉信號正常發(fā)出,但中壓主汽門開、關信號均存在(通過就地觀察確認中壓主汽門未完全關閉),右側中壓調門從100%關到97%后不再關閉,中壓主汽閥在10%左右閥位卡澀無法關閉。停機后多次對調節(jié)保安系統(tǒng)進行試驗,該中壓主汽門及調門動作均正常。同時,機組正常運行期間進行中壓調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,未解體預啟閥及內部結構。解體后發(fā)現(xiàn)部分閥芯件氧化皮較嚴重,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、關斷閥堵塞造成油動機故障的可能。結合年初臨時停機解體情況、閥門結構等分析造成閥門卡澀的主要原因如下。

2.1中調97%閥位卡澀位置

閥門關閉至97%時卡澀,根據(jù)計算此時中壓調門閥桿只關了3%(約7mm),仍處于主行程而尚未進入預啟行程。從解體情況來看,密封環(huán)內孔及大閥碟外圓(圖3中標注1部位)、襯套內孔(圖3中標注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

中壓主汽閥關閉至10%時卡澀,閥桿未關閉行程在預啟行程附近,閥桿套筒內部(圖4中標注1部位)、閥碟內部預啟閥導向面及卡環(huán)內孔(圖4中標注2部位)、閥碟內部襯套(圖4中標注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,參照中調解體后氧化皮的情況,此處也存在因氧化皮或積鹽而導致閥門卡澀的可能。

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,推測應該是來自再熱蒸汽的雜質成分,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、富氧燃燒等因素息息相關。循環(huán)于汽輪機設備系統(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垢。

因此,綜合分析認為,造成中壓主汽閥與調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設計間隙。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構,大大提高了襯套的抗氧化、防磨損以及避免襯套內孔變形的能力。主要的返修流程介紹如下:

(1)將中調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(若超標則進行必要的修復),確保閥桿間隙滿足設計要求。

(5)完成其他部件安裝工作。

3.2中聯(lián)閥調節(jié)閥碟

中聯(lián)調節(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:調節(jié)閥碟導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:更換調節(jié)閥桿上的防轉銷,防轉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)調節(jié)閥芯解體,解體時保護好調節(jié)閥蓋與調節(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,同時檢查調節(jié)閥桿外徑尺寸以及彎曲情況,若超標則進行必要的修復。

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

(5)調節(jié)閥碟導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部的止動環(huán)及閥桿套筒內部的襯套,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構,并恢復設計閥桿間隙。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,若超標則進行必要的修復。

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

(5)拆除閥碟內部的止動環(huán)、主汽預啟閥蓋上的襯套以及套筒內部的上、下襯套,并更換采用優(yōu)化升級工藝制造的相關部件,更換過程檢查及確保配合間隙滿足設計要求。

(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,嚴格執(zhí)行,以消除雜質堆積、金屬粘連等情況對閥門活動的不良影響。

(2)循環(huán)于汽輪機設備系統(tǒng)的水一蒸汽,若含雜質將降低設備長期運行的可靠性。因此,需注意控制汽水質量,按照廠家要求的水蒸氣質量標準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結論

(1)造成該機組中壓主汽閥與調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,加強機組汽水品質控制對于主動解決閥門卡澀問題也至關重要。

(3)隨著汽輪機技術及材料技術的進步,目前基于大量的材料工藝試驗和專項研究攻關的閥芯材質升級、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險,相比只是簡單地將閥門解體進行清理、恢復間隙的處理手段更能解決問題。