超临界630MW机组主机配汽系统设备结构优化的研究与应用

刘飞 杨艳妃

【摘 要】本文以某厂的汽轮机为例，通过进行科学的计算与分析之后，来找出设备机构所存在的问题，并针对这些问题，提出相应的解决对策，来实现设备机构的优化，经实施后上述隐患得到彻底消除，极大地提高了机组的经济性与运行可靠性。

【关键词】超临界630MW机组；主机配汽系统；设备结构；优化

在本文中，以某厂汽轮机为国产首批超临界G30MW等级机组为例展开研究。其中，配汽系統为高压主汽调节联合阀壳是一个整体合金钢锻件，机组装有两个高压主汽调节联合阀，分别位于高中压缸两侧，每个主汽调节联合阀包括一个水平安装的主汽阀和两个相同的垂直安装的调节阀。这些阀门的开度均由各自的油动机来控制，油动机由数字电液调节系统来控制。

一、超临界630MW机组主机配汽系统设备概述

（1）设备简介

在设备中，其汽轮机所配置的主汽门及高压调节汽门，都是引国内进美国西屋公司技术设计的高压联合汽门，布置于13.7米运转层高中压缸的两侧，为卧式布置的联合主汽门阀体组件。高压联合汽门由三个弹簧支架支撑，允许其能在各个方向自由地热膨胀。高调门主要由阀壳、阀盖、阀杆、阀蝶、导向套、阀杆套、油动机、弹簧座、联轴节、LVDT组件、伺服阀、伺服卡等组成。高调门阀杆与油动机活塞杆由套筒型式联轴节连接，联轴节与阀杆采用螺纹连接，并加装防转销防转。

（2）设备运行情况

在进行了投产运行之后，该机组的高压联合汽门，多次出现故障问题，影响机组的安全稳定运行，主要故障如下：（l）主汽门门杆断裂，机组停运；（2）主汽门预启阀卡涩，导致主门无法正常关闭；（3）高压调节汽门阀座脱出，导致高调门无法正常操作；（4）高压调节汽门联轴节与阀杆防转销断裂，联轴节与阀杆螺纹磨损松脱，无法正常操作[1]。

二、超临界630MW机组主机配汽系统设备结构优化及应用

（1）主汽门杆断裂原因分析及应用

①主汽门门杆断裂原因分析

电厂将断裂阀杆送至权威机构进行了进行金相分析，对断裂的主汽门门杆来样进行宏观检查，对断口进行扫描电镜检查，分析其主要元素成分，进行硬度检测，在相关部位取样，进行常温力学性能试验，观察金相组织。阀杆使用的GH901合金在正常的固溶、时效处理后，少量的碳化物和金属间化合物及微量的夹杂物，可在550一650℃下长期工作。只有在较高的工作温度（650一1100）和使用应力作用下长期工作。所以在566℃的工作温度下，不会形成有害的刃和Laves相。即使在566℃长期（13000h）使用，形成少量的Laves相，也因温度较低，其形态呈颗粒状，对使用性能影响较小。切取断口清洗去除氧化膜后，在扫描电镜下观察，看到裂纹起源于螺纹底部，高倍下裂源处有小缺口和韧窝形貌，在裂源附近螺纹底部的表面有细小的裂纹存在。结论如下：①主汽门门杆的材料符合GH901高溫合金牌号要求，常温为学性能符合要求[2]。②门杆圆柱表面经氮化处理，由于长期在高温下运行外表面形成一层氧化膜，而螺纹断裂部位未经氮化处理。③主汽门门杆的断裂是由于螺纹底部表面存在细小缺陷，受到拉伸应为而产生小裂口，然后随工作应为的变化而缓慢的向内扩展，使缺陷处产生应为集中，出现晶粒滑移和微裂纹，最终导致门杆的断裂。

②故障处理与应用

第一、更换新门杆，要求表面进行氮化处理，新更换的阀杆使用前进行仔细检查，表面应光洁无损防。第二、修定主汽门检修文件包，补充完善主汽门门杆及高压调门门杆金属检验项目。第三、利用检修机会对同批次阀杆进行检测。

（2）主汽门卡涩原因分析及应用

①主汽门卡涩故障原因分析

第一、汽门长时间运行中未进行全行程活动试验，阀杆与主阀套筒间附着结垢物堆积，造成阀杆与主阀套筒局部卡涩。第二、长时间运行，阀杆和阀碟套筒表面氧化层增厚，导致阀杆与阀碟套筒间隙偏小。第三、蒸气通过节流孔进入预启阀，再通过阀杆和套筒间隙进入阀杆漏汽管，蒸气参数逐级降低，蒸气携带杂质和析出物在阀杆和阀碟套筒间隙较小处沉积结垢。

②故障处理及应用

第一、对原主阀碟换型，选用配备预启阀结构优化的新型阀碟，该阀碟凡尔线接触直径、外型尺寸公差、总长度尺寸公差均完全相同优化后预启阀在全开行程的进汽流量不小于改造前预启阀全开时的进汽流量。第二、机组运行期间，主汽门每月不少于一次全行程活动试验。第三、机组检修期间，对主汽门阀芯进行解体，清理阀杆和阀碟套筒表面氧化皮及积垢，保持间隙在上限值。

（3）高压调节汽门阀座脱出原因分析及应用

①高压调节汽门阀座脱出原因分析

第一、在高调门调节过程中，阀芯频繁开关动作，产生汽流激振，对阀座产生一个旋转向上合为，导致阀座向上运动，最终使阀座从阀体中脱落。第二、由于预紧状态下，原子位置变化，晶格畸变，当阀座长期在高温下工作时，原子的活性增加，原子位置的调整导致金属产生蠕变，蠕变的速度与材料特性、工作温度、应为大小有关，蠕变的结果导致预紧应为松弛，阀座和阀体的配合紧为在高温下释放、减小，阀座易于从阀体中脱落。第三、原设计阀座紧为不足，无法满足阀门长期运行要求。

②故障处理及应用

第一、机组运行期间，严格控制故障阀门的开度，减少对故障阀座的冲击，避免缺陷进一步劣化。第二、机组检修期间，将两台高压联合汽门切割返厂检修，更换新型阀座，新阀座改进情况：a.阀座材料由原12Cr2Mo变更为X10CrMoNb9，从而提高其抗高温性能，f咸少热应为变形；B.阀座与阀体的配合部分长度在原设计上加长30mm；C.阀座与阀体配合紧为由原设计的0.19-0.23mm提高至0.25一0.3Omm。

三、结语

总而言之，国产引进型联合阀门因结构设计、使用参数、制造加工水平等原因，导致实际使用时存在不同程度的缺陷。随着对此类设备认知水平的不断提高，逐步明确了缺陷产生的机理，及时采取了科学有效地治理方案并进行了有效实施。

【参考文献】

[1]谢旭阳. 西屋引进型超临界600MW汽轮机组整体性能优化节能技术研究与应用[D].山东大学，2014.

[2]唐广通. 超临界直接空冷机组调试期关键问题改进研究[D].华北电力大学，2014.