600MW超超臨界機組汽門調門防卡澀升級改造

廣東粵電韶關發電廠有限公司 蔣啟東

1 現狀

某廠2×600MW 機組汽輪機為東方汽輪機有限公司生產的N660-25/600/600-1型超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機，于2015年投產[1]。

2021年1月1日進行#2機汽門活動試驗，#2中調門試驗失敗，PV 值關至95%時無法繼續向下關，通過強制#2中調門、關閉進油門、更換伺服閥，以及試圖對#2中調門單個活動試驗，發現#2中調門只能關閉到95%，檢查就地指示也不一致，但是打閘停機時ICV2等關閉到底。解體檢查發現門桿與襯套間隙超差，襯套內有局部拉傷痕跡，主閥碟與碟套徑向間隙超差，表面出現黑色氧化皮，經停機搶修，做打磨氧化皮臨時處理，現已運行正常。2021年1月20日做#1機汽門活動試驗，ICV2試驗失敗，PV值關至95%時無法繼續向下關，其他汽門正常。于21日再次做#1機汽門活動試驗，ICV2、ICV1試驗成功，但是22日單個進行#1機#2機中壓聯合汽門活動性試驗，全關到位正常，#2中調門恢復時開至85%有卡，開啟緩慢，經停機搶修，做打磨氧化皮臨時處理，現已運行正常。同時2021年3月20日出現#2機組中聯閥嚴密性試驗嚴重不合格問題，隨后利用調峰停運機會處理好兩個中主門預啟閥卡澀問題。4月30日出現#1機組中聯閥嚴密性試驗嚴重不合格問題，現于5月22日已處理好兩個中主門預啟閥卡澀問題。

接下來這一年內兩臺機組均發生中聯門、中調門卡澀故障，利用機組停運搶修解體汽門檢修后情況有好轉，但檢修過的汽門運行一年左右又發生同類缺陷現象。為保證機組安全、穩定、經濟運行，急需對1、2號機高、中壓主汽門、調門局部升級改造檢修，徹底解決高、中壓主汽門及調門卡澀問題。

2 原因分析

近年來多臺同類型機組出現高、中壓汽門閥門卡澀的問題，分析認為導致閥門卡澀的原因主要有以下兩個方面[2]。

2.1 閥芯件氧化

高壓主汽門、高壓調門和中聯門在高溫環境下閥門閥芯件氧化皮生成速度加快，隨著時間的增加，氧化皮增厚，最終導致閥桿與套筒之間的間隙變小，閥門卡澀。

主要卡澀部位：閥桿與襯套配合面卡澀（可能發生的閥門：高主、高調、中主、中調）；閥桿防轉銷與鍵槽配合面卡澀（可能發生的閥門：高主、中主、中調）；主閥碟與卡環配合面卡澀（可能發生的閥門：高主、中主）；預啟閥與閥桿配合面卡澀（可能發生的閥門：中主）；閥碟與閥套配合面卡澀（可能發生的閥門：高調、中調）。

2.2 襯套變形

在早期投運的機組上，閥門的閥桿襯套設計為雙層結構，如圖1所示，內層為司太立合金薄壁筒，與外層襯套過盈裝配，加工配合精度要求高，不易控制，襯套外的部件與襯套間也是過盈配合，在兩層過盈裝配的情況下，襯套在長時高溫運行后，可能出現內孔變小的情況，使其與閥桿間配合間隙變小，造成卡澀。

圖1 兩層鑲嵌式襯套結構示意圖

由于1、2號機目前閥門卡澀嚴重，已嚴重影響機組安全穩定運行，本次改造中建議對閥門進行相應的改造。改造方案措施是對閥門材料升級、表面處理工藝改進和襯套結構優化，優化措施如圖2所示。

圖2 優化措施

材料升級：將高壓閥門的閥芯件整體更換為抗氧化性更好的材質，以緩解閥芯件氧化。同時考慮材料熱膨脹系數不同帶來的冷熱態間隙變化，優化配合間隙。

表面處理工藝改進：對閥碟與閥套配合面表面進行噴焊司太立合金處理（見圖3）。針對相對運動的導向面，如卡環、閥桿、閥碟相對運動面，也進行專門的抗氧化處理（表面堆焊司太立合金），增強導向面抗氧化性。

圖3 噴焊司太立合金

優化襯套設計結構（見圖4）：采用襯套內孔表面等離子噴焊司太立合金技術，整體熔焊一層司太立合金，替換原鑲嵌司太立合金表層工藝，避免因加工精度、裝配問題造成司太立合金變形情況的發生。司太立噴焊的優點有：焊層稀釋率低（5%～15%），堆焊層組織純凈，焊接效率高，結合強度高，質量穩定。

圖4 襯套的結構優化

3 改造方案及措施

3.1 高壓主汽閥升級改造方案

3.1.1 主要卡澀點

高壓主汽閥結構如圖5所示。

圖5 高壓主汽閥結構圖

3.1.2 方案措施

第一，卡環材質升級為GH901，卡環結構優化；第二，閥碟內孔（與卡環配合處）噴焊司太立；第三，上襯套、下襯套由鑲嵌司太立更換為噴焊司太立；第四，銷材質升級為GH4169；第五，上、下襯套由鑲嵌司太立結構更換為噴焊司太立結構；第六，優化相關配合間隙。

3.1.3 具體改造工藝

第一，主汽閥蓋、主汽閥桿、預啟閥碟、預啟閥座、套筒利舊，其余閥芯件換新；第二，返廠的高壓主汽閥芯組件解體；第三，清理拆卸下來的利舊閥芯件表面異物及表面氧化皮，對利舊閥芯件進行整體目視檢查，對可疑缺陷進行PT 檢查；第四，PT 檢查預啟閥碟、預啟閥座密封面和接觸帶；第五，檢查主汽閥桿外徑尺寸，以及跳動情況；第六，主汽閥碟、閥桿與預啟閥裝配圖中的襯套、卡環根據與其配合零件對應位置實測尺寸照配加工；第七，拆除舊套筒中襯套，最小量見光套筒內孔，根據見光后的套筒內孔尺寸和閥桿實測尺寸照配加工襯套；第八，結合相關圖紙要求進行復裝。

3.2 高壓調節閥升級改造方案

3.2.1 主要卡澀點

高壓調節閥結構如圖6所示。

圖6 高壓調節閥結構圖

3.2.2 方案措施

第一，上、下襯套由鑲嵌司太立結構更換為噴焊司太立結構；第二，優化相關配合間隙；第三，操縱座十字套改錐形自動對中結構。

3.2.3 具體改造工藝

第一，閥蓋改造。一是閥蓋利舊，其余閥蓋零件換新，返廠的閥蓋組件解體，拆除閥蓋閥套連接銷，拆除閥蓋上端面擋環及螺釘，解體時注意保護連接銷孔和其他位置加工面。拆除閥門上十字頭，取出門桿漏氣所有螺栓；二是清理拆卸下來的利舊閥芯件表面異物及表面氧化皮，對利舊閥蓋進行整體目視檢查，對可疑缺陷進行PT 檢查；三是拆除閥蓋上、下套管，按最小量加工閥蓋內孔，根據其內孔尺寸和閥桿實測尺寸；四是照配加工上下套管，更換新的閥蓋上、下套管及閥套，更換后穿試棒檢查。

第二，調節閥碟組件。一是返廠的調節閥碟組件解體，預啟閥碟不拆除；二是閥桿、預啟閥碟利舊，清理拆卸下來的利舊閥芯件表面異物及表面氧化皮，對利舊閥芯件整體目視檢查，對可疑缺陷進行PT 檢查；三是進行PT 檢查預啟閥碟密封面和接觸帶；四是檢查調節閥桿外徑尺寸及跳動情況；五是調節閥碟換新。

第三，復裝。結合相關圖紙要求復裝閥蓋、閥碟等組件。

第四，高壓調節閥操縱座改造。操縱座十字套改錐形自動對中結構，對利舊的十字套按圖紙加工。

3.3 中壓主汽閥升級改造方案

3.3.1 主要卡澀點

中壓主汽閥結構如圖7所示。

圖7 中壓主汽閥結構圖

3.3.2 方案措施

第一，卡環材質更換為GH901，并優化結構（同高主閥）；第二，閥碟內孔噴焊司太立，原閥碟未做處理；第三，預啟閥碟材質更換為GH901；第四，閥蓋襯套由鑲嵌司太立結構更換為噴焊司太立結構；第五，防旋銷材質更換為GH4169；第六，制動環內圓由氮化更改為噴焊司太立；第七，上、下襯套由鑲嵌司太立結構更換為噴焊司太立結構；第八，優化相關配合間隙。

3.3.3 具體改造工藝

第一，主汽閥碟改造。

一是主汽閥蓋、主汽閥桿、閥桿套筒利舊，其余閥芯組件換新；二是返廠的中壓主汽閥芯組件解體；三是清理拆卸下來的利舊閥芯組件表面異物及表面氧化皮，對利舊閥芯組件進行整體目視檢查，對可疑缺陷進行PT 檢查；四是檢查主汽閥桿外徑尺寸及跳動情況；五是拆除閥蓋中的舊襯套，最小量見光閥蓋內孔并記錄內孔尺寸；六是新襯套、制動環根據閥蓋內孔尺寸和閥桿外圓實測尺寸匹配加工；七是車除舊套筒中襯套，最小量見光套筒內孔并記錄內孔尺寸，根據套筒內孔和閥桿外圓實測尺寸照配加工新襯套；八是結合相關圖紙要求進行復裝。

第二，中壓大閥蓋改造。

一是閥蓋、閥套利舊，返廠的閥蓋同閥套解體；二是清理拆卸下來的利舊閥芯件表面異物及表面氧化皮，對利舊閥蓋、閥套進行整體目視檢查，對可疑缺陷進行PT 檢查；三是拆除閥蓋上、下襯套、密封環，按最小量加工閥蓋內孔并記錄反饋內孔尺寸，上下襯套、密封環根據閥蓋內孔和閥桿外圓實測尺寸照配加工，更換后穿試棒檢查；四是按相關圖紙要求復裝閥大蓋，高溫內六角螺栓換新處理。

3.4 中壓調節閥升級改造方案

3.4.1 主要卡澀點

中壓調節閥結構如圖8所示。

圖8 中壓調節閥結構圖

3.4.2 方案措施

第一，閥碟（與密封環配合處）由氮化改為噴焊司太立；第二，密封環（與閥碟配合處）由氮化改為更換為噴焊司太立結構；第三，調節閥蓋內圓及導向鍵槽處由氮化改為噴焊司太立；第四，防旋銷材質更換為GH4169；第五，上下襯套由鑲嵌司太立結構更換為噴焊司太立結構；第六，優化相關配合間隙。

3.4.3 具體改造工藝

第一，調節閥碟、調節閥蓋、調節閥桿利舊，返廠的閥碟組件解體；第二，清理拆卸下來的利舊閥芯件表面異物及表面氧化皮，對利舊的調節閥碟、調節閥蓋、調節閥桿進行整體目視檢查，對可疑缺陷進行PT 檢查；第三，PT 檢查調節閥碟密封面和接觸帶（含預啟接觸帶），對調節閥碟外圓（與閥套配合的導向面）噴焊司太立，司太立噴焊時需注意避開5-Φ10的孔；第四，對調節閥蓋Φ241內圓及28.4導向鍵槽處由氮化改為噴焊司太立，焊后按圖紙尺寸恢復導向鍵槽處尺寸，閥蓋內圓尺寸根據閥桿測繪尺寸照配；第五，檢查調節閥桿外徑尺寸及跳動情況；第六，結合相關圖紙要求進行復裝。

4 結語

1號機于2021年11月B 修中實施汽門調門防卡澀升級改造，2號機于2022年10月B 修中實施汽門調門防卡澀升級改造，其中制造廠內部補充加工改造時間是35天。通過對汽門、調門活動部件進行升級改造，可有效提高部件的高溫抗氧化性能，降低氧化皮生成，避免部件配合間隙，進而預防汽門卡澀。1、2號機組汽輪機高中壓汽門調門改造后在機組運行一年多跟蹤運行情況以來，未再發生汽門卡澀故障缺陷，徹底消除了1、2號機組汽輪機高中壓汽門卡澀安全隱患，有效提高了1、2號機組汽輪機運行的安全性和穩定性。