汽輪機主汽閥、調節閥常見故障分析和研究

詹雪蓮

摘 要： 主汽閥、調節閥是汽輪發電機組的重要部件 ，也是故障常發部件。文章根據在電力安裝實踐工作中的經驗及查找的一些資料 ，分析了主汽閥、調節閥幾種常見故障產生的原因、危害 ，并提出了一些防治方法。

關鍵詞： 汽輪機；主汽閥；調節閥；故障

0 引 言

汽輪機的啟動、停機和功率的變化，是通過調節保安系統調節各汽門的開大或關小，從而改變進入汽輪機的蒸汽流量或蒸汽參數來實現的。汽閥工作的正常與否直接影響到機組的安全經濟運行。隨著汽輪發電機組單機容量不斷上升，對調節系統的快速性、穩定性提出了更高的要求。現代大功率汽輪機采取了帶減壓閥的結構，大大減少閥門所需的提升力。提升力的減少卻為閥門的穩定性帶來了新的問題。由于主汽閥、調節閥故障而引發的超速、負荷不穩定等事故時有發生。要從根本上解決這些問題，除了提高和改善閥門的性能以外，更重要的是研究故障產生的原因，做好閥門的故障預測與診斷，發現故障源并及時處理，杜絕事故的擴大。

1 汽輪機主汽閥、調節閥常見故障分析

根據多年的電廠安裝經驗，主汽閥、調節閥常發生的故障有：閥桿卡澀、閥桿斷裂、閥座松動等原因，以下針對這些故障進行分析：

1.1 閥桿卡澀

閥桿卡澀是火電廠常見故障之一，閥桿卡澀導致閥桿卡死將使閥門不能關閉，在某電廠曾出現過汽輪機由于調節閥閥桿卡澀在機組甩負荷時發生超速，其它電廠由于閥桿卡澀而引起的啟機階段轉速不穩定，無法并網，并網工況下負荷不穩定的故障也時有發生，超高壓大功率汽輪機某些部件處于高溫條件下長期運行，這些部件表面容易產生一種氧化層，如果不及時清理這種氧化層，閥桿將嚴重結垢，導致閥桿卡澀。

1.2 閥桿斷裂

閥桿變形導致閥座與閥芯相互摩擦，產生應力，應力過于集中會造成閥桿斷裂。另外還有一些其它原因。某電廠調節閥閥桿在運行中發生斷裂，斷裂位置在排氣孔處。斷口分析表明，閥桿的斷裂性質是過載導致的延性斷裂，材質理化檢驗結果表明閥桿的強度和硬度都低于技術條件要求，材質的純凈度不高，閥桿的結構設計以及機械加工上的缺陷是閥桿斷裂的最主要原因。按照調節閥閥桿的設計要求，閥桿上的定位銷孔的位置應位于自閥桿端部螺紋長度的約四分之一處，1#調節閥桿上定位銷孔的位置符合設計要求，在定位銷孔處未出現開裂，2#和3#調節閥桿的定位銷孔的位置都靠近閥桿螺紋上部的端面，都不符合設計要求，在2#和3#調節閥桿的定位銷孔都出現開裂，導致閥桿多處發生斷裂。閥桿的斷口分析表明閥桿的斷裂性質是疲勞斷裂，裂紋自螺紋表面萌生，向內部擴展。設計上要求閥桿氮化時對螺紋以上區域應做好防護，防止氮化，閥桿的材質檢驗結果表明，閥桿端部的大面積及螺紋的局部有氮化層，表明閥桿在氮化過程中未能對螺紋進行有效的防護，致使閥桿端部及螺紋局部被氮化，在氮化組織中形成顯微裂紋，增加了螺紋的脆性，導致螺紋在運行中出現局部剝落現象，形成偏載，進一步加劇了螺紋處的應力集中，最終導致閥桿疲勞斷裂。1#、2#和3#調節閥桿的斷裂性質是疲勞斷裂，材質都符合B/HJ479-2006的規定。閥桿在做氮化處理時未對螺紋進行有效防護，致使閥桿端部及螺紋局部被氮化，這是閥桿發生疲勞斷裂的主要原因。建議今后調節閥桿氮化時嚴格按照設計要求做好防護，防止螺紋被氮化。

1.3 閥座松動

高壓主汽閥是汽輪機進汽的總閥門。汽輪機正常運行時，主汽閥全開，汽輪機停機時，主汽閥關閉。其主要功能是，運行中汽輪機的任一遮斷保護裝置動作時，主汽閥應能快速關閉，實現停機。若其中的閥碟與閥座的接觸面存在間隙，則會帶來高溫高壓氣體的泄漏，影響機組的停機動作，下面就高壓調節閥閥座松動的原因和處理方案做一下分析研究。

2 閥座松動原因

高調閥閥座松動是共性問題，某電廠在2008年底1號機大修時檢查閥座松動，對其割除返廠處理，當時處理工藝為將過盈間隙由0.22mm放大到0.28mm，對閥座邊緣焊接固定。閥座二次松動原因為制造廠對引進型技術消化不良，安裝工藝達不到，在機組啟停及變工況過程中，閥座在受熱狀態下擴散器過盈量減少導致松動。機組運行期間，閥座在高溫下產生變形，閥座的過盈量逐漸變小甚至消失，是導致閥座松動的主要原因。結構設計上，原閥座設計過短，與閥體之間接觸面積偏小，導致過盈力偏小。閥體母材材質（10315AP，相當于ZG15Cr1Mo1V）高溫力學性能余量過小，高溫下長期運行過程中產生塑性變形，導致閥殼與閥座之間的過盈配合失效，也是閥座產生松動的原因之一。

3 閥座松動處理方案

2009年底起對閥座的材質和結構進行改進，閥座材質由10325PJ（12Cr2Mo）變更為X10CrMoVNb9-1（相當于P91材質），閥座結合處長度增加30mm，閥座配合緊力上限由0.23mm增大至0.28mm。考慮到高聯門已經割除1次，對3號、4號高調閥閥座進行現場更換。首先采用鉆削方案將銷子拔出，然后制作專用工具用千斤頂將舊閥座呈向上拉的態勢。在舊閥座底部加裝密封板，注入液氮將其快速冷卻，消除過盈量后將閥座拔出，用鏜削機將高調閥基孔按照新型閥座尺寸加工至橢圓度、錐度、粗糙度合格。新閥座在液氮中緩冷后浸泡50min，快速將新閥座放入閥坑基孔內。工裝壓板壓緊至閥座恢復常溫，加工銷孔、檢驗密封線，縫焊螺塞，最后檢查管道無異物。機組修后高調閥閥序保持為1-2-3-4，機組啟動過程中盡可能減小閥座與閥體的溫差，保證暖機充分。

4 結論

汽輪機主汽閥、調節閥是汽輪機調節系統的重要部件，也是事故多發部件，為了降低事故發生率、減少事故的損失，就必須做好故障分析及診斷工作。本文綜合分析了汽輪機主汽閥、調節閥幾種常見的故障，并做了分析，提出了可行的建議及方法，希望在主汽閥、調節閥遇到故障問題時能為大家提供一些參考意見，也為主汽閥、調節閥能夠長期安全穩定運行提供一些幫助。

參考文獻

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