高压主汽门及调门卡涩的原因分析与防范措施

2011-02-09刘平吕鹏飞

综合智慧能源 2011年7期

刘平，吕鹏飞

(安徽华电宿州发电有限公司，安徽宿州 234101)

0 引言

某电厂#1，#2汽轮机组均采用上海汽轮机有限公司引进技术生产的超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机，型号为N600－24.2/566/566。汽轮机控制系统采用OVATION公司生产的电液调速系统，机组设置12个油动机，分别控制2个高压主汽门、4个高压调速汽门、2个中压主汽门及4个中压调速汽门。

高压主汽门是汽轮机用于快速切断汽轮机进汽、停机的保护装置，其结构类似于截止阀，用压力油控制快速关闭和开启，关闭时间小于0.2 s。高压调节阀由轴向弹簧关闭和用轴向油动机开启，调节阀设计关闭时间小于0.2 s。高压主汽门、调门是汽轮机防止超速的最关键保护装置，汽轮机防超速保护也是通过快速关闭高、中压主汽门及调门来实现的。汽轮机一旦超速，很容易发生飞车、轴系断裂、汽轮机报废等恶性安全事故，从而造成严重的经济损失。

高压主汽门检修时，一般采用向里旋进止退螺钉顶住主汽门高压弹簧的方法取出连接销子，解体主汽门。这种方法本身没有什么危害，但止退螺钉一旦卡涩，检修人员图方便认为不会影响主汽门工作，且取出也很费事(即需要钻孔、又需要重新攻丝，工作量很大)，于是便遗留在主汽门阀体上，给机组安全运行留下了巨大的隐患。

高压主汽门、调门卡涩事件屡见不鲜，最常见原因为高温氧化皮造成阀杆与阀套卡涩及高压主汽门、调门阀套、阀杆同心度改变，使动、静间隙消失而造成卡涩。

1 高压主汽门、调门结构概况

高压主汽门为卧式结构，主阀内部有预启阀。当阀门在关闭位置时，进汽压力作用和压缩弹簧的载荷作用将2个阀碟同时紧压于其阀座上。预启阀阀碟与阀杆相互间为挠性联接;当其关闭时，预启阀阀碟的密封面在主阀碟内能自由对中关闭;当阀杆被油动机向开启方向移动时，先开启预启阀，待其开足即预启阀碟反向密封面与主阀碟衬套平面形成密封后，主阀碟开始开启，当主阀碟全开时，阀杆上反向密封面与阀盖衬套平面又形成密封，主汽门的这种密封称之为自密封。预启阀全开的行程为12.5 mm，主汽门全开行程为117.3 mm，主汽门阀门总行程为129.8 mm，高调门行程为55.8 mm。

高压调门是单座提升式阀，每个阀碟由阀碟螺母和阀套制成，以便与阀杆成挠性连接。调节阀由轴向弹簧关闭和用轴向油动机开启，调节阀设计关闭时间小于0.2 s。调节汽阀的阀座也镶嵌在阀壳底部凹槽上;2个调节阀阀盖用垫片和螺栓联接到调节阀阀壳顶部;调节阀阀盖和调节阀壳体接合面用预应力(拧紧)螺栓来密封;对主蒸汽进汽管的2个出口位于调节阀阀壳底部。

2 故障经过

2009－03－05 T 22:10，#1机组因锅炉大包内一过热器管道泄露而停机消缺，打闸后#1机组#2高压主汽门 TV2关闭不到位，DEH画面显示有11%开度，就地检查显示约有15 mm开度，检查#1机组4个高调门关闭正常，联系维护人员进行了处理。汽轮机惰走时间56 min，与机组正常惰走时间相同，说明汽轮机高压调门关闭严密。

2010－07－20 T 09:57，#1机组在做高压调门活动试验时，#2高压调门发生卡涩，卡在75%位置，用大锤敲击阀体后，卡涩现象暂时消失。其后连续数周在做高压调门活动试验时，#2高压调门仍有卡涩现象发生，直至2010年10月小修解体#2高压调门，发现发生卡涩的高调门阀杆与阀套均生成了很厚的氧化皮，因而可以断定造成高调门的主要原因为过厚的氧化皮进入阀杆与套间而引起高调门卡涩。

3 原因分析与处理

2009－03－06 T 09:00，专业人员在现场查找分析#1机组#2高压主汽门TV2关闭不到位原因时发现，#1机组高压主汽门TV2大修时遗留4个止退螺钉未旋出，#1机组高压主汽门TV1大修时也遗留2个止退螺钉未旋出。在检修高压主汽门时，止退螺钉向里旋进，用来顶住高压主汽门弹簧托盘，拿出高压主汽门门芯轴与驱动轴连接销子，取出高压主汽门阀芯。其中一个螺钉较其他螺钉短约3 cm，判断此螺钉未完全退出，顶住#1机组高压主汽门TV2弹簧，使主汽门关闭不到位。因高压主汽门弹簧在弹簧座内有一定的框动度，可以偏离一边8～10 mm。在大修后，开机前要多次做主汽门活动及全行程关闭试验，检查高压主汽门均开关正常(主汽门静态试验)。现场检查发现，#1机组高压主汽门TV2弹簧明显向#1机组高压主汽门TV2(高压主汽门右侧)处偏斜。当即判断为#1机组高压主汽门TV2被此止退螺钉卡住(如图1、图2所示)。

图1 止退螺钉现场安装位置示意图(大修主汽门解体时照片)

图2 主汽门止退螺钉部分旋出后照片

通知检修人员将此螺钉向外旋出8圈后，螺钉旋不动了。此时，DEH画面#1机组高压主汽门TV2开度指示值为4%。联系维护部有关人员办票，将其余主汽门、调门EH油进油阀关闭(因汽机刚停机不久，高/中压主汽门、调门开启后汽缸将进冷水冷汽，造成汽缸及转子变形。关闭其余主汽门、调门EH油进油阀，防止挂闸后除高压主汽门TV2以外的主汽门、调门开启)，联系热控部有关人员将#1机组挂闸。将#1机组高压主汽门TV2开启后，用槽钢在主汽门弹簧托盘与主汽门门座中间顶住高压主汽门TV2，防止其突然关闭而对工作人员造成人身伤害;用切割机在主汽门弹簧托架处割除1 cm长的止退螺钉凸出部分，割除部位应打磨光滑，将阀座外部此止退螺钉剩余部分一并割除(以后大修时，止退螺钉孔处需重新攻丝)。取出槽钢后，试开、关高压主汽门均正常。#1机组高压主汽门TV2关闭后开度指示1.1%，热工专业人员重新调整定位主汽门行程后恢复正常。现场检查#2机组发现，#2机组高压主汽门TV2也有一止退螺钉未退出，因#2机组正常运行，主汽门为开启状态，从主汽门弹簧托架处可以看出止退螺钉无凸出部分。

2010年10月小修时解体高调门发现:阀杆及阀套等部件氧化皮较厚，在阀杆、阀套、阀蝶、阀腔内均生成了很厚的高温氧化皮，阀套上高温氧化皮最厚处达0.24 mm，阀蝶上高温氧化皮最厚处达1.00 mm，阀杆上高温氧化皮最厚处达0.15 mm，且高温氧化皮有成片脱落的痕迹。该电厂主汽门阀杆与阀套的正常间隙为0.25～0.30 mm，高温氧化皮已经导致阀杆与阀套间几乎没有间隙，引起调门卡涩，如图3所示。

图3 小修时尚未清理干净氧化皮的#2高调门阀杆

高温氧化皮产生的原因:当蒸汽在450～570℃时，铁与水蒸气发生反应生成鳞片状黑色Fe3O4高温氧化皮(3Fe+4H2→—OFe3O4+4H2)。金属高温氧化现象是普遍存在的，由于结构上的原因，高调门对蒸汽介质有节流调节作用，它可能是加速氧化的一个重要因素。经解体检查发现，阀座与阀芯的密封线用红丹检查是连续完整的，阀的圆柱面、阀杆及阀杆套表面出现灰色(灰白色)氧化皮，其厚度为0.10～0.15mm，形如鱼鳞状。氧化皮有局部脱落现象，沿整个圆柱面均匀分布，阀杆与阀杆套之间的间隙由正常的0.25～0.30 mm变为0，从而出现卡涩。对阀杆表面氧化皮进行了化学分析，发现其主要成分为氧化铁，阀杆材质为2Cr12NiMoWV;解体检修时发现阀杆、阀套表面的氧化皮尤其厚，其成因可能与阀杆、阀套表面材质有关。所以，应考虑更换抗高温氧化性能好的材料的阀杆和阀套。

高压调门氧化皮卡涩处理采取的主要措施:

(1)阀座少量的氧化皮用金相砂纸抛光，清理干净。

(2)阀芯密封面上的灰白色鳞片状氧化皮用车床车去。

(3)阀杆与阀杆套表面及接触面的灰色鳞片状氧化皮可用砂纸打磨。将氧化皮车掉或用砂纸打磨，使阀芯和阀芯套筒之间恢复正常间隙。高调门经处理装复后，开机运行正常、活动试验正常。

4 防范措施

(1)机组大修后，一定要严格验收，主汽门止退螺钉要一律取下，现场不准遗留。将#1机组高压主汽门TV1止退螺钉全部取下，#2机组高压主汽门TV2止退螺钉因旋不动，外露部分割除。

(2)各主汽门、调速汽门开关灵活，严密性合格，发现缺陷及时消除。在任何情况下都要绝对禁止强行挂闸、冲转。

(3)定期活动各主汽门、调速汽门，定期做抽汽逆止门活动试验、防止蒸汽倒流引起超速。将主汽门的活动试验由原10%行程改为全行程。由于主汽门在机组正常运行时不参与机组控制，一直处于全开的位置，易造成其阀杆与套间氧化皮的堆积。虽然在机组正常运行时有每周一次10%行程的活动试验，由于活动范围很小，不足以阻止氧化皮的堆积，而全行程试验则可在一定程度上减少氧化皮的堆积，从而避免卡涩事故的发生。有利于预先发现主汽门是否已卡涩，提前采取对策避免了机组跳闸时主汽门未关使机组发生飞车的事故。同时，对于已发现卡涩的主汽门、调速汽门，遇到停机机会必须彻底检查处理，消除隐患。

(4)定期进行油质分析化验，保持油质合格，防止油中带水或杂物造成调节机构腐蚀或卡涩。

(5)加强蒸汽品质监督，防止高、中压主汽门及调门等门杆因蒸汽品质差造成结垢卡涩。

(6)机组长期停用时应做好保养工作，防止调节机构出现锈蚀、卡涩。

(7)缩短机组高压主汽门、调门的检修周期。由于金属部件与高温蒸汽相接触，氧化皮的产生是不可避免的，可通过解体检修来除去部件表面氧化皮，检修周期缩短的意义在于当高温氧化皮的厚度还不足以造成阀门卡涩时就将其除去，从而避免卡涩事故的发生。

(8)在对主汽门、调门检修时，要扩大去除氧化皮部件的范围，以前只是除去阀杆与套上的氧化皮，而现在则要求包括阀蝶在内的全部套上氧化皮均去除干净，以防其他部位脱落的氧化皮进入阀杆与阀套的间隙。在大、小修过程中，对主汽门、调门检修，要加强对主汽门、调门同心度及变形情况的检测，发现同心度超标及变形超标应及时处理。

(9)采用抗高温氧化能力更强的金属取代主汽门上抗氧化性能较差的材料，或是在阀套与阀杆表面涂镀一层抗高温氧化能力更强的金属来减缓氧化皮的产生速度。使一个大修期内氧化皮的生成厚度不足以造成阀门卡涩。