劉平，呂鵬飛

(安徽華電宿州發(fā)電有限公司，安徽 宿州 234101)

0 引言

某電廠#1，#2汽輪機(jī)組均采用上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，型號為N600－24.2/566/566。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用OVATION公司生產(chǎn)的電液調(diào)速系統(tǒng)，機(jī)組設(shè)置12個油動機(jī)，分別控制2個高壓主汽門、4個高壓調(diào)速汽門、2個中壓主汽門及4個中壓調(diào)速汽門。

高壓主汽門是汽輪機(jī)用于快速切斷汽輪機(jī)進(jìn)汽、停機(jī)的保護(hù)裝置，其結(jié)構(gòu)類似于截止閥，用壓力油控制快速關(guān)閉和開啟，關(guān)閉時間小于0.2 s。高壓調(diào)節(jié)閥由軸向彈簧關(guān)閉和用軸向油動機(jī)開啟，調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)關(guān)閉時間小于0.2 s。高壓主汽門、調(diào)門是汽輪機(jī)防止超速的最關(guān)鍵保護(hù)裝置，汽輪機(jī)防超速保護(hù)也是通過快速關(guān)閉高、中壓主汽門及調(diào)門來實(shí)現(xiàn)的。汽輪機(jī)一旦超速，很容易發(fā)生飛車、軸系斷裂、汽輪機(jī)報(bào)廢等惡性安全事故，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

高壓主汽門檢修時，一般采用向里旋進(jìn)止退螺釘頂住主汽門高壓彈簧的方法取出連接銷子，解體主汽門。這種方法本身沒有什么危害，但止退螺釘一旦卡澀，檢修人員圖方便認(rèn)為不會影響主汽門工作，且取出也很費(fèi)事(即需要鉆孔、又需要重新攻絲，工作量很大)，于是便遺留在主汽門閥體上，給機(jī)組安全運(yùn)行留下了巨大的隱患。

高壓主汽門、調(diào)門卡澀事件屢見不鮮，最常見原因?yàn)楦邷匮趸ぴ斐砷y桿與閥套卡澀及高壓主汽門、調(diào)門閥套、閥桿同心度改變，使動、靜間隙消失而造成卡澀。

1 高壓主汽門、調(diào)門結(jié)構(gòu)概況

高壓主汽門為臥式結(jié)構(gòu)，主閥內(nèi)部有預(yù)啟閥。當(dāng)閥門在關(guān)閉位置時，進(jìn)汽壓力作用和壓縮彈簧的載荷作用將2個閥碟同時緊壓于其閥座上。預(yù)啟閥閥碟與閥桿相互間為撓性聯(lián)接;當(dāng)其關(guān)閉時，預(yù)啟閥閥碟的密封面在主閥碟內(nèi)能自由對中關(guān)閉;當(dāng)閥桿被油動機(jī)向開啟方向移動時，先開啟預(yù)啟閥，待其開足即預(yù)啟閥碟反向密封面與主閥碟襯套平面形成密封后，主閥碟開始開啟，當(dāng)主閥碟全開時，閥桿上反向密封面與閥蓋襯套平面又形成密封，主汽門的這種密封稱之為自密封。預(yù)啟閥全開的行程為12.5 mm，主汽門全開行程為117.3 mm，主汽門閥門總行程為129.8 mm，高調(diào)門行程為55.8 mm。

高壓調(diào)門是單座提升式閥，每個閥碟由閥碟螺母和閥套制成，以便與閥桿成撓性連接。調(diào)節(jié)閥由軸向彈簧關(guān)閉和用軸向油動機(jī)開啟，調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)關(guān)閉時間小于0.2 s。調(diào)節(jié)汽閥的閥座也鑲嵌在閥殼底部凹槽上;2個調(diào)節(jié)閥閥蓋用墊片和螺栓聯(lián)接到調(diào)節(jié)閥閥殼頂部;調(diào)節(jié)閥閥蓋和調(diào)節(jié)閥殼體接合面用預(yù)應(yīng)力(擰緊)螺栓來密封;對主蒸汽進(jìn)汽管的2個出口位于調(diào)節(jié)閥閥殼底部。

2 故障經(jīng)過

2009－03－05 T 22:10，#1機(jī)組因鍋爐大包內(nèi)一過熱器管道泄露而停機(jī)消缺，打閘后#1機(jī)組#2高壓主汽門 TV2關(guān)閉不到位，DEH畫面顯示有11%開度，就地檢查顯示約有15 mm開度，檢查#1機(jī)組4個高調(diào)門關(guān)閉正常，聯(lián)系維護(hù)人員進(jìn)行了處理。汽輪機(jī)惰走時間56 min，與機(jī)組正常惰走時間相同，說明汽輪機(jī)高壓調(diào)門關(guān)閉嚴(yán)密。

2010－07－20 T 09:57，#1機(jī)組在做高壓調(diào)門活動試驗(yàn)時，#2高壓調(diào)門發(fā)生卡澀，卡在75%位置，用大錘敲擊閥體后，卡澀現(xiàn)象暫時消失。其后連續(xù)數(shù)周在做高壓調(diào)門活動試驗(yàn)時，#2高壓調(diào)門仍有卡澀現(xiàn)象發(fā)生，直至2010年10月小修解體#2高壓調(diào)門，發(fā)現(xiàn)發(fā)生卡澀的高調(diào)門閥桿與閥套均生成了很厚的氧化皮，因而可以斷定造成高調(diào)門的主要原因?yàn)檫^厚的氧化皮進(jìn)入閥桿與套間而引起高調(diào)門卡澀。

3 原因分析與處理

2009－03－06 T 09:00，專業(yè)人員在現(xiàn)場查找分析#1機(jī)組#2高壓主汽門TV2關(guān)閉不到位原因時發(fā)現(xiàn)，#1機(jī)組高壓主汽門TV2大修時遺留4個止退螺釘未旋出，#1機(jī)組高壓主汽門TV1大修時也遺留2個止退螺釘未旋出。在檢修高壓主汽門時，止退螺釘向里旋進(jìn)，用來頂住高壓主汽門彈簧托盤，拿出高壓主汽門門芯軸與驅(qū)動軸連接銷子，取出高壓主汽門閥芯。其中一個螺釘較其他螺釘短約3 cm，判斷此螺釘未完全退出，頂住#1機(jī)組高壓主汽門TV2彈簧，使主汽門關(guān)閉不到位。因高壓主汽門彈簧在彈簧座內(nèi)有一定的框動度，可以偏離一邊8～10 mm。在大修后，開機(jī)前要多次做主汽門活動及全行程關(guān)閉試驗(yàn)，檢查高壓主汽門均開關(guān)正常(主汽門靜態(tài)試驗(yàn))?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，#1機(jī)組高壓主汽門TV2彈簧明顯向#1機(jī)組高壓主汽門TV2(高壓主汽門右側(cè))處偏斜。當(dāng)即判斷為#1機(jī)組高壓主汽門TV2被此止退螺釘卡住(如圖1、圖2所示)。

圖1 止退螺釘現(xiàn)場安裝位置示意圖(大修主汽門解體時照片)

圖2 主汽門止退螺釘部分旋出后照片

通知檢修人員將此螺釘向外旋出8圈后，螺釘旋不動了。此時，DEH畫面#1機(jī)組高壓主汽門TV2開度指示值為4%。聯(lián)系維護(hù)部有關(guān)人員辦票，將其余主汽門、調(diào)門EH油進(jìn)油閥關(guān)閉(因汽機(jī)剛停機(jī)不久，高/中壓主汽門、調(diào)門開啟后汽缸將進(jìn)冷水冷汽，造成汽缸及轉(zhuǎn)子變形。關(guān)閉其余主汽門、調(diào)門EH油進(jìn)油閥，防止掛閘后除高壓主汽門TV2以外的主汽門、調(diào)門開啟)，聯(lián)系熱控部有關(guān)人員將#1機(jī)組掛閘。將#1機(jī)組高壓主汽門TV2開啟后，用槽鋼在主汽門彈簧托盤與主汽門門座中間頂住高壓主汽門TV2，防止其突然關(guān)閉而對工作人員造成人身傷害;用切割機(jī)在主汽門彈簧托架處割除1 cm長的止退螺釘凸出部分，割除部位應(yīng)打磨光滑，將閥座外部此止退螺釘剩余部分一并割除(以后大修時，止退螺釘孔處需重新攻絲)。取出槽鋼后，試開、關(guān)高壓主汽門均正常。#1機(jī)組高壓主汽門TV2關(guān)閉后開度指示1.1%，熱工專業(yè)人員重新調(diào)整定位主汽門行程后恢復(fù)正?！，F(xiàn)場檢查#2機(jī)組發(fā)現(xiàn)，#2機(jī)組高壓主汽門TV2也有一止退螺釘未退出，因#2機(jī)組正常運(yùn)行，主汽門為開啟狀態(tài)，從主汽門彈簧托架處可以看出止退螺釘無凸出部分。

2010年10月小修時解體高調(diào)門發(fā)現(xiàn):閥桿及閥套等部件氧化皮較厚，在閥桿、閥套、閥蝶、閥腔內(nèi)均生成了很厚的高溫氧化皮，閥套上高溫氧化皮最厚處達(dá)0.24 mm，閥蝶上高溫氧化皮最厚處達(dá)1.00 mm，閥桿上高溫氧化皮最厚處達(dá)0.15 mm，且高溫氧化皮有成片脫落的痕跡。該電廠主汽門閥桿與閥套的正常間隙為0.25～0.30 mm，高溫氧化皮已經(jīng)導(dǎo)致閥桿與閥套間幾乎沒有間隙，引起調(diào)門卡澀，如圖3所示。

圖3 小修時尚未清理干凈氧化皮的#2高調(diào)門閥桿

高溫氧化皮產(chǎn)生的原因:當(dāng)蒸汽在450～570℃時，鐵與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成鱗片狀黑色Fe3O4高溫氧化皮(3Fe+4H2→—OFe3O4+4H2)。金屬高溫氧化現(xiàn)象是普遍存在的，由于結(jié)構(gòu)上的原因，高調(diào)門對蒸汽介質(zhì)有節(jié)流調(diào)節(jié)作用，它可能是加速氧化的一個重要因素。經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn)，閥座與閥芯的密封線用紅丹檢查是連續(xù)完整的，閥的圓柱面、閥桿及閥桿套表面出現(xiàn)灰色(灰白色)氧化皮，其厚度為0.10～0.15mm，形如魚鱗狀。氧化皮有局部脫落現(xiàn)象，沿整個圓柱面均勻分布，閥桿與閥桿套之間的間隙由正常的0.25～0.30 mm變?yōu)?，從而出現(xiàn)卡澀。對閥桿表面氧化皮進(jìn)行了化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)其主要成分為氧化鐵，閥桿材質(zhì)為2Cr12NiMoWV;解體檢修時發(fā)現(xiàn)閥桿、閥套表面的氧化皮尤其厚，其成因可能與閥桿、閥套表面材質(zhì)有關(guān)。所以，應(yīng)考慮更換抗高溫氧化性能好的材料的閥桿和閥套。

高壓調(diào)門氧化皮卡澀處理采取的主要措施:

(1)閥座少量的氧化皮用金相砂紙拋光，清理干凈。

(2)閥芯密封面上的灰白色鱗片狀氧化皮用車床車去。

(3)閥桿與閥桿套表面及接觸面的灰色鱗片狀氧化皮可用砂紙打磨。將氧化皮車掉或用砂紙打磨，使閥芯和閥芯套筒之間恢復(fù)正常間隙。高調(diào)門經(jīng)處理裝復(fù)后，開機(jī)運(yùn)行正常、活動試驗(yàn)正常。

4 防范措施

(1)機(jī)組大修后，一定要嚴(yán)格驗(yàn)收，主汽門止退螺釘要一律取下，現(xiàn)場不準(zhǔn)遺留。將#1機(jī)組高壓主汽門TV1止退螺釘全部取下，#2機(jī)組高壓主汽門TV2止退螺釘因旋不動，外露部分割除。

(2)各主汽門、調(diào)速汽門開關(guān)靈活，嚴(yán)密性合格，發(fā)現(xiàn)缺陷及時消除。在任何情況下都要絕對禁止強(qiáng)行掛閘、沖轉(zhuǎn)。

(3)定期活動各主汽門、調(diào)速汽門，定期做抽汽逆止門活動試驗(yàn)、防止蒸汽倒流引起超速。將主汽門的活動試驗(yàn)由原10%行程改為全行程。由于主汽門在機(jī)組正常運(yùn)行時不參與機(jī)組控制，一直處于全開的位置，易造成其閥桿與套間氧化皮的堆積。雖然在機(jī)組正常運(yùn)行時有每周一次10%行程的活動試驗(yàn)，由于活動范圍很小，不足以阻止氧化皮的堆積，而全行程試驗(yàn)則可在一定程度上減少氧化皮的堆積，從而避免卡澀事故的發(fā)生。有利于預(yù)先發(fā)現(xiàn)主汽門是否已卡澀，提前采取對策避免了機(jī)組跳閘時主汽門未關(guān)使機(jī)組發(fā)生飛車的事故。同時，對于已發(fā)現(xiàn)卡澀的主汽門、調(diào)速汽門，遇到停機(jī)機(jī)會必須徹底檢查處理，消除隱患。

(4)定期進(jìn)行油質(zhì)分析化驗(yàn)，保持油質(zhì)合格，防止油中帶水或雜物造成調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)腐蝕或卡澀。

(5)加強(qiáng)蒸汽品質(zhì)監(jiān)督，防止高、中壓主汽門及調(diào)門等門桿因蒸汽品質(zhì)差造成結(jié)垢卡澀。

(6)機(jī)組長期停用時應(yīng)做好保養(yǎng)工作，防止調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)銹蝕、卡澀。

(7)縮短機(jī)組高壓主汽門、調(diào)門的檢修周期。由于金屬部件與高溫蒸汽相接觸，氧化皮的產(chǎn)生是不可避免的，可通過解體檢修來除去部件表面氧化皮，檢修周期縮短的意義在于當(dāng)高溫氧化皮的厚度還不足以造成閥門卡澀時就將其除去，從而避免卡澀事故的發(fā)生。

(8)在對主汽門、調(diào)門檢修時，要擴(kuò)大去除氧化皮部件的范圍，以前只是除去閥桿與套上的氧化皮，而現(xiàn)在則要求包括閥蝶在內(nèi)的全部套上氧化皮均去除干凈，以防其他部位脫落的氧化皮進(jìn)入閥桿與閥套的間隙。在大、小修過程中，對主汽門、調(diào)門檢修，要加強(qiáng)對主汽門、調(diào)門同心度及變形情況的檢測，發(fā)現(xiàn)同心度超標(biāo)及變形超標(biāo)應(yīng)及時處理。

(9)采用抗高溫氧化能力更強(qiáng)的金屬取代主汽門上抗氧化性能較差的材料，或是在閥套與閥桿表面涂鍍一層抗高溫氧化能力更強(qiáng)的金屬來減緩氧化皮的產(chǎn)生速度。使一個大修期內(nèi)氧化皮的生成厚度不足以造成閥門卡澀。

5 結(jié)論

某電廠高壓主汽門卡澀的原因是大修時遺留的止退螺釘未全部旋出，因高壓主汽門彈簧在彈簧座內(nèi)有一定的晃動度，導(dǎo)致高壓主汽門卡澀。該廠高壓調(diào)門卡澀的原因是閥腔內(nèi)生成了很厚的高溫氧化皮，導(dǎo)致閥桿、閥套之間活動間隙減少，從而造成高壓調(diào)門卡澀。因此，及時去除高溫氧化皮是防止高壓主汽門、高壓調(diào)門卡澀的主要措施。

［1］郭召松.發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)典型事故預(yù)防措施［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］朱慶玉.汽輪機(jī)主汽門卡澀原因分析及防范措施［J］.熱力發(fā)電，2007(1):99－100.