西門子1 000 MW超超臨界機組汽門底座裂縫的現場處理

陶 磊，李國民，王崇如，周軼喆，朱慶華2

(1 國電浙江北侖第三發電有限公司，浙江 寧波 315800；2 上海外高橋第二發電有限責任公司，上海 200137)

西門子1 000 MW超超臨界機組汽門底座裂縫的現場處理

陶 磊1，李國民1，王崇如1，周軼喆1，朱慶華2

(1 國電浙江北侖第三發電有限公司，浙江 寧波 315800；2 上海外高橋第二發電有限責任公司，上海 200137)

分析了西門子超超臨界機組閥座密封面裂縫、脫落現象產生的原因，介紹了采用鎳基材料金屬層，使用激光熔覆技術表面重新堆焊及數控車床機加工方法現場解決這個問題的方案。為同行簡單、快捷、經濟解決類似問題提供了借鑒。

超超臨界機組；汽門閥座密封面；鎳基；激光熔覆；數控機加工

西門子1 000 MW超超臨界機組(包括引進型)為一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、反動凝汽式結構，其進汽部分設置兩個高壓主汽門和高壓調門、兩個中壓主汽門和中壓調門，閥座密封面均采用含鎢鉻鈷合金9%～12%鉻鋼(Stellite合金)材料。該機型運行5～6年后普遍存在閥座密封面Stellite合金堆焊層容易產生裂縫且與閥座表面脫落現象。嚴重的導致閥門關閉狀態不完全，蒸汽泄露，引發轉子渦輪轉速超過臨界區，發生葉片斷裂。又如上海外高橋第二發電有限責任公司在2012和2014年6號機機組檢修中發現高中壓主汽門、調門的閥頭及閥座密封面均有不同程度的脫落現象，其中中壓主汽門部分閥座及閥頭密封面的合金材料隨蒸汽進入中壓缸導致中壓缸首級動、靜葉片受損。此外上海外高橋第三發電有限責任公司及華能玉環電廠、國華寧海電廠等也都有類似問題存在，對機組的安全運行構成極大威脅。

1 初步分析

從裂紋的宏觀形貌判斷具有熱疲勞裂紋特征。初步分析密封面出現裂縫的原因為硬質合金層與基體的結合程度欠佳、硬質合金與基體的熱膨脹系數存在差異等。西門子也認為密封面為Stellite合金，雖然材料抗氧化性和耐磨性俱佳，原有的工藝是直接將斯太力合金密封面焊接在閥門母體材料上。近幾年發現在密封面與母體材料的焊接帶中會產生一層超硬度層，超高的硬度導致了其脆性增大，致使其在完全無法預知的情況下斷裂，并最終導致密封面脫落，因此對堆焊層材料選擇以及焊接工藝上進行改進。

2 工藝選擇

目前，閥座裂縫的常規處理方法為割下閥座返廠(上汽)修復或更換，但返廠修復或更換存在著現場工作量大及制造廠修復時間長、備品需預定、費用高等一系列問題，時間跨度要1～2個月，無法滿足檢修周期的需要；如果請西門子現場修復有需排隊等待、修復費用昂貴等問題，時間更不可控。因此，經過周密細致的調研，借鑒西門子處理德國RWE的尼德豪森電廠代號BoA的1 000 MW機組及外二超超臨界機組的經驗，在外二技術支持下，決定將原先閥座密封面上的Stellite合金堆焊層，采用鎳基材料金屬層，使用激光熔覆技術表面重新堆焊及數控車床現場機加工方法來解決這個問題。

堆焊鎳基材料為瑞典Hoganas生產的IN 82 M 53-150 μM(ErNiCr-3)焊粉，熱處理后硬度不低于HB190。激光熔覆技術為冷焊技術，冶金結合、全致密，與PTA、熱噴涂等相比具有更高的結合強度，更耐沖擊、刮擦等工況，更好的耐腐蝕性能等特點；熱影響區(Heat Affect Zone)比一般堆焊技術也小得多，對基材的影響也更小。

3 處理方案

(1)解體各汽門，將各汽門組件吊出，做好孔洞封堵、汽輪機通流保護等保護措施，防止閥座改造時異物掉落或損傷葉片等。

(2)測量閥座密封面與閥殼外法蘭定位尺寸。

(3)裝設閥座加工專用數控機床，車削原合金面。鑒于閥門原堆焊層厚約為5 mm，考慮原焊接熱影響區及長期運行問題，車削深度一般控制在8～10 mm范圍。車削角度高壓主汽門及中壓主汽門為38.5°，高壓調門及中壓調門為29°，如圖1、圖2所示。

圖1 高中壓主汽門車削粗加工角度——38.5°

圖2 高中壓調門車削粗加工角度——29°

(4)焊接前母材檢測。合金面車削后，應采用多點光譜確認無原密封面合金和補焊材料殘留，應并采用多點硬度檢測確認無熱影響區殘留，應對閥座母體進行著色檢查和超聲檢查，確認閥座母體無裂紋等異常。必要時，可采取手工打磨去除局部殘留。

(5)采用專用數控焊機進行激光熔覆焊，在母材上堆焊IN 82。

預熱：母材檢測無問題后對底座進行加熱，加熱溫度為150～180℃，加熱器為特制電加熱，加熱均勻。

焊接：使用紅外測溫儀及接觸式測溫儀對閥座測溫(取16點)，確認各點溫度都在150～180℃，預熱溫度達到后對車削區域進行激光熔覆焊，焊材為ErNiCr-3鎳基材料，每層堆焊厚度為1.0～1.5 mm(每層打磨后有效厚度為1.2 mm左右)，堆焊層數為8～9層，焊層均勻。焊接高度略高于原密封面高度。

焊后熱處理：使用電加熱器對底座進行焊后熱處理，溫度控制在450℃，恒溫10 h。200℃以上升溫30℃/h，做好升速紀錄。

特制的加熱器溫度測點不少于4點，且同一圓周切面均布，各點溫差不超過50℃。如溫差超過50℃，則停止升溫以確保溫差滿足要求。

(6)焊后再次使用現場數控機床對堆焊層進行現場機加工，加工后密封面的型線保持不變。車削分粗加工及精加工，精加工后表面光潔度達到3.2。

(7)對新的密封面進行著色、超聲和硬度檢測。硬度不低于HB190。

(8)測量閥座新密封面與閥殼外法蘭的定位尺寸，與原定位尺寸誤差控制在±1 mm以內。

(9)著色法檢查驗收閥芯閥座密封線：閥芯和閥座密封線清晰連貫。

(10)汽門嚴密性試驗：額定參數下應保證機組轉速能降至1 000 r/min以下；主汽實際壓力偏低于額定壓力但不低于50%額定壓力時，每分鐘轉速能降至“1 000×主汽實際壓力/主汽額定壓力”以下。

4 結語

采用鎳基材料金屬層，使用激光熔覆技術表面重新堆焊及數控車床機加工現場處理方法快捷方便地解決了西門子超超臨界機組閥座密封面裂縫、脫落這個問題；北侖6號機處理6個汽門共計12天，玉環采用同樣方法僅花5天時間解決了高主B閥座裂縫問題，費用也得到大幅度的降低，滿足了檢修工期及費用控制的要求。考慮到鎳基材料金屬層耐沖刷性不如Stellite合金，在堆焊時多留了1～2 mm的裕量(根據德國尼德豪森電廠BoA機組經驗可用4年以上)，下步準備在堆焊材料中加入微量元素使之性能更接近Stellite合金。據悉西門子提供的最新制造工藝也是在基體與Stellite合金之間加鎳基過渡層來解決這個問題。

(本文編輯：嚴 加)

On-site Disposal of Valve Seat Cracks of Siemens 1000MW Ultra Supercritical Units

TAO Lei1, LI Guomin1, WANG Chongru1, ZHOU Yizhe1, ZHU Qinghua2

(1. Guodian Zhejiang Beilun NO. 3 Power Generation Co., Ltd., Ningbo 315800, China;2. Shanghai Waigaoqiao NO.2 Power Generation Co., Ltd., Shanghai 200317, China)

The reasons of cracks and obscission of valve seat sealing surface of Siemens ultra supercritical units were briefly analyzed in this paper. The solution to solve this problem on the spot by means of adopting nickel base metal layer, surfacing again by laser cladding, and numerical control lathe machining was proposed, which can provide a reference to the simple, quick and economical solution to similar problems.

Siemens ultra supercritical unit; valve seat sealing surface; nickel base; laser cladding

10.11973/dlyny201702021

陶 磊(1967—)男，高級工程師，從事火電廠運行維護工作。

TM621

B

2095-1256(2017)02-0188-03

2016-12-28