600MW汽輪機組高壓調(diào)節(jié)閥門桿斷裂的原因分析及處理

劉帥 黃震 趙廣毅 鄭濤

摘要：某600MW汽輪機正常運行期間，汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥投入順序閥控制，閥序為3-4-2-1，#4高壓調(diào)節(jié)閥開度80%出現(xiàn)門桿斷裂，造成汽輪機甩負荷，期間對高壓調(diào)汽門門桿斷裂原因進行分析，制定了相應的預防措施。

關鍵詞：汽輪機;高壓調(diào)節(jié)閥;門桿斷裂

0? 引言

某600MW汽輪機為上海汽輪機廠制造的N600-16.67/538/538型亞臨界、單軸、中間再熱、三缸四排汽、空冷凝汽式汽輪機。DEH控制器采用上海FOXBORO公司的I/A系統(tǒng)硬件，其特點是操作簡便，運行安全可靠。本機設置了4只高壓調(diào)節(jié)閥，高壓調(diào)節(jié)閥通過控制蒸汽流量的方法精確地調(diào)節(jié)汽輪機的轉(zhuǎn)速和負荷。高壓調(diào)節(jié)閥門桿斷裂退出運行，導致汽輪機進汽方式發(fā)生變化，造成汽輪機快速甩負荷，軸瓦振動值迅速增大，嚴重時造成汽輪機跳閘。

1? 高壓調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)及安裝位置

高壓調(diào)節(jié)閥包括閥蓋、閥桿襯套。閥桿、閥碟襯套、閥碟等部件，一只主蒸汽閥與兩只高壓調(diào)節(jié)閥焊成一體后，一端由一撓性“A”形框架和橫向連桿托架組合件支承，另一端由撓性支架反托。兩端的支架用螺栓及定位螺釘與底板相連，而底板也用螺栓及定位螺釘固定在汽輪機基礎上。閥桿的汽封由插入閥蓋的密配套筒組成，并被調(diào)節(jié)汽閥閥蓋固定在適當位置上。該套筒有兩個漏汽接口：高壓漏汽口接到冷再，低壓漏汽口接到汽封冷卻器。4個調(diào)閥分別由各自的油動機控制，液壓開啟、彈簧關閉。油動機活塞向上移動時打開調(diào)節(jié)汽閥，桿向下移動則關閉之。關閉時間常數(shù)0.2秒。DEH可在運行中進行調(diào)門全關活動試驗。

2? 高壓調(diào)節(jié)閥門桿斷裂處理

2.1 高壓調(diào)節(jié)閥門桿斷裂概況

汽輪機負荷450MW順序閥控制，#4高壓調(diào)節(jié)閥開度80%。汽輪機負荷從450MW突然下降至298MW，#4高壓調(diào)節(jié)閥開度指令從80%瞬間上升至100%，汽輪機負荷出現(xiàn)大幅度擺動。

2.2 原因分析

①某600MW汽輪機于2019年10月15日更換#4高壓調(diào)節(jié)閥門桿，更換后調(diào)整調(diào)門行程及靜態(tài)試驗合格后汽輪機投入正常運行，從更換完門桿到再次發(fā)生缺陷，共計使用1個月（此次更換的門桿為原廠備件）。圖1為機組更換#4高壓調(diào)節(jié)閥門桿后汽輪機負荷及調(diào)門調(diào)節(jié)曲線，為使各曲線不重疊，更改#3、#4高壓調(diào)節(jié)閥上下限值，從圖中高壓調(diào)節(jié)閥的使用情況來看，#3高壓調(diào)節(jié)閥及#4高壓調(diào)節(jié)閥的變化趨勢、幅值幾乎相當，即在幾乎完全相同的工況下，#4高壓調(diào)節(jié)閥門桿出現(xiàn)了斷裂。

在2019年10月2日，某廠另一臺600MW汽輪機#1高壓調(diào)節(jié)閥門桿也發(fā)生內(nèi)部斷裂事件，斷裂時距大修結(jié)束啟動僅為39天，并在大修時也對汽輪機#1高壓調(diào)節(jié)汽閥門桿進行了更換，供貨廠家也為上海汽輪機廠，事后經(jīng)分析斷裂位置為門桿底部空心預熱孔（？準25mm）與門桿全開后導向密封處。結(jié)合以上兩臺600MW汽輪機高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿重復斷裂，且斷裂時間短，因此斷裂原因不是負荷調(diào)節(jié)原因造成，門解體后送華北電力科學研究院做金相組織分析，確定高壓調(diào)節(jié)閥門桿熱處理工藝存在問題。

2.3 處理方法

某600MW汽輪機負荷450MW，#4高壓調(diào)節(jié)閥開度80%瞬間上升至100%。設備管理部汽機室與熱工室配合檢查就地高壓調(diào)節(jié)閥運行情況，確認#4高壓調(diào)節(jié)閥門桿斷裂，斷裂部位為高壓調(diào)節(jié)閥門桿螺紋絲扣根部，即螺紋加工槽與光桿部位接合處。

3? 整改及預防措施

①#4高壓調(diào)節(jié)閥門桿斷裂后，將該調(diào)節(jié)汽門打至手動，禁止參與負荷調(diào)節(jié)，待機組停運進行解體檢修。

②在一個高壓調(diào)節(jié)汽閥不能參與調(diào)節(jié)期間，生產(chǎn)人員組織開展另一調(diào)閥故障負荷大幅擺動的事故演練。

③在備品備件采購時應采購上海電氣原廠備件，備件驗收時應在原廠驗收合格后現(xiàn)場再次進行廠內(nèi)驗收，并了解其材質(zhì)使用和加工工藝。

④改造現(xiàn)有調(diào)節(jié)汽門油動機、連接方式、閥芯結(jié)構(gòu)，從根本上減少應力集中缺陷。

4? 結(jié)束語

通過對高壓調(diào)節(jié)閥門桿斷裂分析，闡明了高壓調(diào)節(jié)閥門桿斷裂給汽輪機安全運行帶來的安全隱患。并制定相應的整改和預防措施，以保證汽輪機的安全穩(wěn)定運行。

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