燃氣蒸汽聯合循環機組高壓聯合汽門裂紋原因分析及處理措施

吳寅琛

（江蘇華電戚墅堰發電有限公司，江蘇常州 213011）

0.引言

由于國內第一批打捆招標的109FA型燃氣蒸汽聯合循環機組在經過十多年的調峰運行后，現在大多數同類型的D10的汽輪機的高壓聯合主汽門經過檢修，均在閥殼的多個位置發現了嚴重裂紋，本文中所述機組除了在閥殼的疏水孔附近發現裂紋外，還在門蓋螺栓附近吊耳發現裂紋，本文對這些裂紋的檢查情況，臨時措施及后期升級改造的方案進行了整體升級[1]。

1.概述

1號機組是S109FA燃氣—蒸汽聯合循環機組，其中汽輪機是GE公司生產的D10標準型蒸汽輪機，單軸、三壓、再熱、兩缸、沖動凝汽式聯合循環汽輪機。汽輪機高壓主蒸汽進汽溫度：565.5℃，進汽壓力：9.563MPa。高壓主汽聯合閥閥殼材質為ZG15Cr1Mo1V。1號機組運行小時數為50411h，點火啟動次數為：1465次。機組參與電網調峰，日開夜停，機組啟停次數約150次/年。機組技術規范數據見表1。

表1 機組技術規范數據

2.裂紋產生的情況和原因分析

在該機組的計劃檢修中發現高聯門存在以下缺陷：

（1）高聯門東側吊耳北側存在裂紋，裂紋長度220mm，貫穿螺紋段（130mm）至閥體（約90mm）；裂紋深度：螺栓孔貫穿，閥體末端用超聲表面波檢測，深度不超過20mm（約17mm，該檢測值僅供參考），該處閥體壁厚約130mm。如圖1所示。

圖1 東側吊耳北側裂紋

（2）高聯門西側吊耳南側存在多條裂紋，裂紋長度約100mm，深度較淺。

（3）高壓調門疏水孔兩側存在裂紋。如圖2所示。

圖2 高壓調門疏水孔兩側裂紋

多處裂紋產生的原因：1）高壓缸東西側吊耳處裂紋產生的原因為閥門進汽（主蒸汽）管道熱態膨脹（向西）對閥門（熱位移向下）吊耳產生力矩，吊耳拐點表面產生裂紋向中分面、螺孔、閥體擴展，從擴展狀態看，裂紋受力矩作用由外向內擴展。2）吊耳處裂紋和疏水孔兩側產生裂紋的原因為，由于原始設計結構、閥殼鑄造問題，聯合閥閥座結合面、主汽閥閥套筒結合面、進汽腔底部平面、出汽腔底部平面、疏水孔位置較其他區域存在結構及尺寸的差異，多區域部位厚度小于鄰近區域材料厚度，閥體材質（ZG15Cr1MoV）與運行工況匹配不佳,長期運行后高溫性能下降。機組頻繁啟停造成的低周疲勞擴展[2]。

3.短期防范措施

確定東側吊耳裂紋精確尺寸及裂紋末端，做好現場標記，后期運行時監測裂紋擴展情況，暫按10次啟停檢查裂紋發展情況并做好記錄（經過10次啟停檢查，發現裂紋未有變化）；機組運行時做好區域隔離防護；

西側吊耳裂紋由于長度不長，深度也不深，暫未處理，觀察為主；

短期內采用在產生裂紋的局部范圍內增加加強筋型式延緩缺陷擴展速度；

根據支吊架優化整治專項措施對支吊架進行優化，使支吊架符合機組運行需求。

4.閥門改造方案

該機組已運行14年，歷經兩個大修期，其他同類型機組檢查發現閥殼的多個位置出現了嚴重裂紋。由于其裂紋產生原因和材質、結構及機組的頻繁啟停密切相關，補焊也依然存在風險。同時，聯合閥內部易損部件存在不同程度老化問題，如閥蓋螺栓硬度下降、拆卸困難；閥座出現微裂紋；閥芯、閥桿磨損；彈簧存在一定程度的塑形變形等。因此需要對此閥進行升級改造，閥殼材料應采用相當于P91材質的更高性能材料，具備更高的抗低周疲勞性和抗蠕變性，從而提高主閥的可靠性，使其更適合于頻繁啟停和高溫高壓運行條件；新閥的設計，也能徹底消除技術通告函中提到的現有設備的運行風險，全新的主閥將采用提升的閥座材料，無需STELLITE涂層。從而避免了STELLITE的破裂，飛出的可能，對下游通流造成損壞。保證機組長期穩定運行。新的主閥將在閥的入口和出口處提供短管，以補償現有接口蒸汽管道中的熱影響區。

主閥執行器將被新的Rexroth執行器所取代，該執行器將具有單作用液壓缸，三重冗余LVDT和用于監控和診斷的液壓測試端口。用于Bellville彈簧的新型彈簧外殼增加了堅固性，并消除了單點彈簧故障。油動機包括一個滴盤，以防止液壓油泄漏到閥滯后裝置上。新的執行器包括用于增強冷卻的開放區域，并消除了潛在的彈簧松弛和液壓流體的過熱。新的Rexroth執行器將設計為與現有的HPU配合使用[3]。

5.結語

由于燃氣蒸汽聯合循環機組具備啟停快的機組特性，因此大部分機組都是用于電網調峰機組。因此年啟停次數遠遠超過燃煤機組，因此高溫高壓部件在反復冷熱的交變應力下易產生低周疲勞，性能下降。因此，今后在設計時對于該類調峰機組的相關汽輪機部件的材料選材和結構設計應考慮機組頻繁啟停的需求。