摘 要：分析了超超臨界百萬汽輪機(jī)高壓旁路閥閥芯減壓籠罩豎條斷裂、密封面損壞嚴(yán)重的原因，并提出了優(yōu)化措施，有效解決了閥門減壓籠罩易損壞的問題，提高了旁路系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：高旁閥;閥芯組件;減壓籠罩;豎條

0 ? ?引言

某公司2×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組于2017年雙投，調(diào)試及運(yùn)行期間啟停頻繁，高旁閥運(yùn)行正常。2019年5月，在一次并網(wǎng)啟動期間發(fā)現(xiàn)2號機(jī)組閥門在5%左右閥位無法正常關(guān)閉，多次快關(guān)后，閥門關(guān)閉，停機(jī)解體檢查發(fā)現(xiàn)閥芯、閥座密封面受損嚴(yán)重，一級減壓籠罩破損，閥芯組件改造換型后，閥門減壓籠罩受損隱患排除，此經(jīng)驗(yàn)對電廠高旁閥缺陷處理和優(yōu)化升級有一定的借鑒意義。

1 ? ?高旁閥異常發(fā)生及臨時處理措施

1.1 ? ?2號機(jī)組運(yùn)行期間異常情況及臨時措施

該公司兩臺機(jī)組為上汽西門子技術(shù)升級版超超臨界純凝機(jī)組，凝汽器循環(huán)冷卻水為海水，主蒸汽壓力為27 MPa（a），溫度為600 ℃，再熱蒸汽壓力為5.714 MPa（a），溫度為610 ℃，旁路系統(tǒng)采用高低壓二級串聯(lián)方式，單列高加，每臺機(jī)組配置1臺45%BMCR主蒸汽流量的高旁閥，2臺45%BMCR主蒸汽流量的低旁閥，原裝進(jìn)口閥門，因閥門沒有設(shè)計預(yù)啟閥，故執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用液動，高低旁分別有一套供油系統(tǒng)。高旁閥閥體和閥芯材料為F92，閥座直徑185 mm，有四級減壓，節(jié)流裝置為籠式閥芯和節(jié)流圓錐，即第一級減壓籠罩與閥芯為一體，既有減壓作用，又有閥芯導(dǎo)向作用，設(shè)計通流能力CV值為737。閥門結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2019年4月2號機(jī)組調(diào)停，因高旁閥自投運(yùn)后一直運(yùn)行正常，啟閉正常，沒有內(nèi)漏，因此沒有安排解體檢修項目。5月啟動并網(wǎng)，高旁退出關(guān)閉時，閥位在5%無法關(guān)閉到位，閥后溫度較高，為了盡快降低閥后溫度，采用多次快關(guān)后閥門關(guān)閉，閥后溫度降至390 ℃左右，初步判斷閥芯、閥座密封面之間有上游帶來的異物，或者閥芯減壓籠罩豎條斷裂，夾持在閥籠和套筒之間，經(jīng)多次快關(guān)后密封面已經(jīng)受損，決定運(yùn)行期間加強(qiáng)監(jiān)視，停機(jī)后解體檢查。

1.2 ? ?2號機(jī)組高旁閥解體及處理措施

6月機(jī)組調(diào)停，解體檢查高旁閥，發(fā)現(xiàn)閥芯組件周圍有6塊近似圓形的金屬塊，閥芯組件吊出后發(fā)現(xiàn)閥芯籠罩（一級減壓籠罩）4根豎條斷裂（圖2），另外3根的上端有貫穿性裂紋，存在脫落風(fēng)險，而且閥芯、閥座密封面損傷嚴(yán)重，其間夾雜有多個已陷入密封面的F92材質(zhì)金屬塊（直徑最長20 mm，最大厚度6 mm），其余幾個掉落在二級減壓籠罩前，二級減壓籠罩外觀正常，無裂紋發(fā)生。

鑒于停機(jī)時間緊迫，沒有閥芯組件的備品備件，決定只對閥芯、閥座密封進(jìn)行補(bǔ)焊和研磨，已脫落的4根豎條不進(jìn)行補(bǔ)焊恢復(fù)，只做打磨，圓滑過渡，其他3根豎條裂紋處做挖補(bǔ)處理，下次停機(jī)后更換閥芯。因閥芯籠罩豎條未完全恢復(fù)，閥門在啟閉時籠罩周圍存在氣流不均勻，可能有異音、振動現(xiàn)象，交代運(yùn)行和檢修人員在啟閉期間加強(qiáng)監(jiān)視，做好應(yīng)急處理措施。

機(jī)組再次并網(wǎng)運(yùn)行后，閥門啟閉正常，無內(nèi)漏，無異音，無異常抖動現(xiàn)象。

1.3 ? ?1號機(jī)組高旁閥解體檢查

同年9月，1號機(jī)組調(diào)停檢修，鑒于2號機(jī)組高旁閥閥芯組件損壞事宜，決定解體檢查高旁閥。

解體發(fā)現(xiàn)閥芯籠罩豎條7根缺失，6根上端有裂紋，閥芯、閥座密封面完好。

2 ? ?閥芯組件換型升級研究及應(yīng)用

2.1 ? ?原因分析

高旁閥閥芯組件有帶籠罩和不帶籠罩兩種，帶籠罩的又分為分體和整體兩種。不同的制造廠設(shè)計理念不同，閥門結(jié)構(gòu)也不同。

該公司兩臺機(jī)組高旁閥閥芯組件由整體鍛壓件機(jī)加工而成，結(jié)構(gòu)較為簡單，一級減壓籠罩設(shè)計為豎條形狀，可能是因閥座直徑較小，為擴(kuò)大CV值特意設(shè)計的。

該兩臺高旁閥閥芯籠罩均出現(xiàn)豎條斷裂、缺失現(xiàn)象，經(jīng)與閥門廠家溝通，了解到其他電廠同品牌的高旁閥減壓籠罩前幾年均采用圓孔網(wǎng)狀型式，沒有出現(xiàn)過籠罩破裂案例，設(shè)備廠家近幾年供貨的超超臨界機(jī)組的高旁閥部分采用豎條減壓籠罩，有一個660 MW電廠出現(xiàn)過斷裂現(xiàn)象，因此分析籠罩破裂的原因?yàn)殚y芯減壓籠罩豎條較長、厚度不夠，導(dǎo)致豎條剛度不足，機(jī)組啟停期間在主蒸汽高壓差、高頻沖擊下，豎條斷裂。

2.2 ? ?閥芯組件換型升級

為徹底排除閥芯減壓籠罩損壞這一安全隱患，公司討論決定將原閥芯減壓籠罩換型為圓孔狀，當(dāng)時有兩種方案：

（1）閥芯和籠罩分體，中間加工螺紋，連接后點(diǎn)焊加固。此方案的優(yōu)點(diǎn)是籠罩再次損壞后可拆卸，重新加工籠罩，降低生產(chǎn)費(fèi)用;缺點(diǎn)是籠罩螺紋經(jīng)高溫高壓、長時間運(yùn)行后咬死的概率較高，加工工藝復(fù)雜，成本高，維修煩瑣。

（2）閥芯和籠罩為整個鍛件甲供。此方案的優(yōu)點(diǎn)是甲供工序簡單，閥芯組件剛性較強(qiáng)，后期檢修工序簡單;缺點(diǎn)是籠罩如果再次損壞，需要重新加工整個閥芯組件，因?yàn)椴馁|(zhì)為F92，鍛件加工成本較高。

因高旁閥使用頻率較低，常見故障基本為閥芯閥座密封面不嚴(yán)密，但如果加工精度高、熱處理合適，系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)較少，閥門內(nèi)漏概率是較低的。為盡量保持制造廠設(shè)計理念，經(jīng)過對比，選擇了第二種方案。

經(jīng)過調(diào)研，外委了一家國內(nèi)有設(shè)計資質(zhì)和制造能力的閥門生產(chǎn)廠家，選用質(zhì)量好的F92毛坯鍛件，確保在滿足CV值的前提下，考慮噪聲和振動因素，在閥芯籠罩上加工了圓孔，同時盡量增加減壓籠罩厚度，提高減壓籠罩在高壓差和大流量沖擊狀態(tài)下的強(qiáng)度，重新制作了一套外形尺寸相同的閥芯組件。新閥芯組件及加工圖如圖3所示。

另外，現(xiàn)在的高旁閥密封面距離減壓籠罩頂部圓孔較近，鍋爐檢修或管道、閥門檢修時會在管道內(nèi)遺留焊渣，或者管道內(nèi)壁氧化皮脫落，在高旁閥關(guān)閉的同時會夾持在閥芯、閥座密封面，造成密封面損傷，閥門內(nèi)漏。為了避免此類可能，本次改造時特意把減壓籠罩頂部的圓孔的位置稍微下移，在閥門完全關(guān)閉之前，圓孔已經(jīng)進(jìn)入閥座下方，此時少量氣流會沖洗密封面之間可能存在的細(xì)小雜質(zhì)，確保閥門關(guān)閉時密封面之間無異物。

新閥芯組件加工后，工藝上嚴(yán)格控制熱處理，測量硬度與制造廠要求一致，然后在閥芯、閥座密封面上堆焊了一定厚度的司太立合金，初步保證密封面與閥桿的垂直度后，經(jīng)過粗研、精研，驗(yàn)證密封面配合良好，在原制造廠和外委加工廠技術(shù)人員的全程指導(dǎo)下，順利回裝。

2.3 ? ?應(yīng)用驗(yàn)證

機(jī)組啟動期間，閥門啟閉正常，無抖動、無內(nèi)漏，噪聲正常。第二年機(jī)組調(diào)停檢修期間解體檢查，閥芯組件無變形，籠罩無裂紋，密封面密封良好。

改造方案得到驗(yàn)證后，公司決定再外委加工一套閥芯組件，待2號機(jī)組停機(jī)后更換。

3 ? ?結(jié)語

該類型高旁閥閥芯組件換型升級的應(yīng)用，排除了閥芯組件減壓籠罩損壞的安全隱患，降低了機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險，為機(jī)組長周期、安全運(yùn)行提供了可靠保障。

同時驗(yàn)證了該類型原閥芯組件設(shè)計存在的不足，設(shè)備制造廠家可參考此閥芯組件型式在供貨時改進(jìn)閥門結(jié)構(gòu)，運(yùn)行電廠在高旁閥檢修和新建電廠在招標(biāo)選型時進(jìn)行借鑒，特別是液壓控制的沒有預(yù)啟閥的高旁閥，應(yīng)避免同類缺陷再次發(fā)生。

另外，此次換型升級也給此類重要閥門關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化提供了一定的參考依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 楊源泉.閥門設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2] 魏龍.密封技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

收稿日期：2021-01-07

作者簡介：華東奇（1977—），男，河南葉縣人，工程師，從事火電機(jī)組汽機(jī)生產(chǎn)技術(shù)管理工作。