超臨界630MW機組主機配汽系統設備結構優化的研究與應用

劉飛 楊艷妃

【摘 要】本文以某廠的汽輪機為例，通過進行科學的計算與分析之后，來找出設備機構所存在的問題，并針對這些問題，提出相應的解決對策，來實現設備機構的優化，經實施后上述隱患得到徹底消除，極大地提高了機組的經濟性與運行可靠性。

【關鍵詞】超臨界630MW機組；主機配汽系統；設備結構；優化

在本文中，以某廠汽輪機為國產首批超臨界G30MW等級機組為例展開研究。其中，配汽系統為高壓主汽調節聯合閥殼是一個整體合金鋼鍛件，機組裝有兩個高壓主汽調節聯合閥，分別位于高中壓缸兩側，每個主汽調節聯合閥包括一個水平安裝的主汽閥和兩個相同的垂直安裝的調節閥。這些閥門的開度均由各自的油動機來控制，油動機由數字電液調節系統來控制。

一、超臨界630MW機組主機配汽系統設備概述

（1）設備簡介

在設備中，其汽輪機所配置的主汽門及高壓調節汽門，都是引國內進美國西屋公司技術設計的高壓聯合汽門，布置于13.7米運轉層高中壓缸的兩側，為臥式布置的聯合主汽門閥體組件。高壓聯合汽門由三個彈簧支架支撐，允許其能在各個方向自由地熱膨脹。高調門主要由閥殼、閥蓋、閥桿、閥蝶、導向套、閥桿套、油動機、彈簧座、聯軸節、LVDT組件、伺服閥、伺服卡等組成。高調門閥桿與油動機活塞桿由套筒型式聯軸節連接，聯軸節與閥桿采用螺紋連接，并加裝防轉銷防轉。

（2）設備運行情況

在進行了投產運行之后，該機組的高壓聯合汽門，多次出現故障問題，影響機組的安全穩定運行，主要故障如下：（l）主汽門門桿斷裂，機組停運；（2）主汽門預啟閥卡澀，導致主門無法正常關閉；（3）高壓調節汽門閥座脫出，導致高調門無法正常操作；（4）高壓調節汽門聯軸節與閥桿防轉銷斷裂，聯軸節與閥桿螺紋磨損松脫，無法正常操作[1]。

二、超臨界630MW機組主機配汽系統設備結構優化及應用

（1）主汽門桿斷裂原因分析及應用

①主汽門門桿斷裂原因分析

電廠將斷裂閥桿送至權威機構進行了進行金相分析，對斷裂的主汽門門桿來樣進行宏觀檢查，對斷口進行掃描電鏡檢查，分析其主要元素成分，進行硬度檢測，在相關部位取樣，進行常溫力學性能試驗，觀察金相組織。閥桿使用的GH901合金在正常的固溶、時效處理后，少量的碳化物和金屬間化合物及微量的夾雜物，可在550一650℃下長期工作。只有在較高的工作溫度（650一1100）和使用應力作用下長期工作。所以在566℃的工作溫度下，不會形成有害的刃和Laves相。即使在566℃長期（13000h）使用，形成少量的Laves相，也因溫度較低，其形態呈顆粒狀，對使用性能影響較小。切取斷口清洗去除氧化膜后，在掃描電鏡下觀察，看到裂紋起源于螺紋底部，高倍下裂源處有小缺口和韌窩形貌，在裂源附近螺紋底部的表面有細小的裂紋存在。結論如下：①主汽門門桿的材料符合GH901高溫合金牌號要求，常溫為學性能符合要求[2]。②門桿圓柱表面經氮化處理，由于長期在高溫下運行外表面形成一層氧化膜，而螺紋斷裂部位未經氮化處理。③主汽門門桿的斷裂是由于螺紋底部表面存在細小缺陷，受到拉伸應為而產生小裂口，然后隨工作應為的變化而緩慢的向內擴展，使缺陷處產生應為集中，出現晶粒滑移和微裂紋，最終導致門桿的斷裂。

②故障處理與應用

第一、更換新門桿，要求表面進行氮化處理，新更換的閥桿使用前進行仔細檢查，表面應光潔無損防。第二、修定主汽門檢修文件包，補充完善主汽門門桿及高壓調門門桿金屬檢驗項目。第三、利用檢修機會對同批次閥桿進行檢測。

（2）主汽門卡澀原因分析及應用

①主汽門卡澀故障原因分析

第一、汽門長時間運行中未進行全行程活動試驗，閥桿與主閥套筒間附著結垢物堆積，造成閥桿與主閥套筒局部卡澀。第二、長時間運行，閥桿和閥碟套筒表面氧化層增厚，導致閥桿與閥碟套筒間隙偏小。第三、蒸氣通過節流孔進入預啟閥，再通過閥桿和套筒間隙進入閥桿漏汽管，蒸氣參數逐級降低，蒸氣攜帶雜質和析出物在閥桿和閥碟套筒間隙較小處沉積結垢。

②故障處理及應用

第一、對原主閥碟換型，選用配備預啟閥結構優化的新型閥碟，該閥碟凡爾線接觸直徑、外型尺寸公差、總長度尺寸公差均完全相同優化后預啟閥在全開行程的進汽流量不小于改造前預啟閥全開時的進汽流量。第二、機組運行期間，主汽門每月不少于一次全行程活動試驗。第三、機組檢修期間，對主汽門閥芯進行解體，清理閥桿和閥碟套筒表面氧化皮及積垢，保持間隙在上限值。

（3）高壓調節汽門閥座脫出原因分析及應用

①高壓調節汽門閥座脫出原因分析

第一、在高調門調節過程中，閥芯頻繁開關動作，產生汽流激振，對閥座產生一個旋轉向上合為，導致閥座向上運動，最終使閥座從閥體中脫落。第二、由于預緊狀態下，原子位置變化，晶格畸變，當閥座長期在高溫下工作時，原子的活性增加，原子位置的調整導致金屬產生蠕變，蠕變的速度與材料特性、工作溫度、應為大小有關，蠕變的結果導致預緊應為松弛，閥座和閥體的配合緊為在高溫下釋放、減小，閥座易于從閥體中脫落。第三、原設計閥座緊為不足，無法滿足閥門長期運行要求。

②故障處理及應用

第一、機組運行期間，嚴格控制故障閥門的開度，減少對故障閥座的沖擊，避免缺陷進一步劣化。第二、機組檢修期間，將兩臺高壓聯合汽門切割返廠檢修，更換新型閥座，新閥座改進情況：a.閥座材料由原12Cr2Mo變更為X10CrMoNb9，從而提高其抗高溫性能，f咸少熱應為變形；B.閥座與閥體的配合部分長度在原設計上加長30mm；C.閥座與閥體配合緊為由原設計的0.19-0.23mm提高至0.25一0.3Omm。

三、結語

總而言之，國產引進型聯合閥門因結構設計、使用參數、制造加工水平等原因，導致實際使用時存在不同程度的缺陷。隨著對此類設備認知水平的不斷提高，逐步明確了缺陷產生的機理，及時采取了科學有效地治理方案并進行了有效實施。

【參考文獻】

[1]謝旭陽. 西屋引進型超臨界600MW汽輪機組整體性能優化節能技術研究與應用[D].山東大學，2014.

[2]唐廣通. 超臨界直接空冷機組調試期關鍵問題改進研究[D].華北電力大學，2014.