洛河电厂600MW机组高调门门杆脱落原因分析及处理方案

（大唐淮南洛河发电厂，安徽 淮南 232008）

引言

大唐淮南洛河发电厂三期工程2×600MW超临界机组，采用上海汽轮机有限公司引进西门子西屋公司生产的600MW超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、八级回热抽气、凝汽式汽轮机组。其汽轮机热力系统通流部分采用冲动式与反动式联合设计。本文对洛河电厂三期2×600MW机组投产以来，机组运行过程中汽轮机高调门门杆脱落现象故障进行分析，并将常规处理方案及其技术措施做一详细介绍。

一、调节阀概述

1.调节阀工作原理

从锅炉来的蒸汽通过两路主汽门和调节阀进入主蒸汽管，然后分别通入高压缸内的四个喷嘴室。启动时主汽门控制在发电机并网前的蒸汽流量，以及在紧急脱扣情况下提供快关控制。调节阀用于控制从汽轮机同步转速及发电机符合控制进汽量。在并网和符合控制期间，调节阀控制高压缸的进汽流量。由于每只调节阀有单独的油动机，在任何符合时，调节阀控制方式可以采用单阀，顺序阀和混合方式运行，使整个负荷范围的性能最佳化。高压抗燃油系统的供油装置提供高压抗燃油作为油动机动作的力，为响应DEH发出控制指令，控制主汽门及调节阀油动机开启、关闭或某中间位置，调节进入高压缸的蒸汽流量。

2.调节阀结构及特点

调节阀是单座提升式阀，每个阀碟由阀碟螺母和阀套两件制成，以使与阀杆成挠性连接，调节阀是由轴向弹簧关闭和用轴向油动机开启，调节阀的阀座是镶嵌在阀壳底部凹槽上的，两个调节阀阀盖用垫片和螺栓连接到调节阀阀顶部，调节阀阀盖和调节阀壳体结合面是用预应力这些螺栓来密封，对主蒸汽进汽管的两个出口位于调节阀阀壳底部。

调节汽阀结构如图1所示

图1 高压调节汽阀

3.调节阀连接套结构及特点

两个调节汽阀平行布置在主蒸汽阀壳内，每个调节汽阀的压力和主蒸汽压力相近，阀杆与阀门油动机的活塞杆用连接套相连。油动机活塞向上移动打开阀门，弹簧向下移动关闭阀门。弹簧使用球形垫片获得对中，阀门的移动是由阀杆衬套引导。这种布置提供了足够的间隙，保持整个行程中阀杆的正确对中。调节汽阀连接套为丝扣连接，阀杆与油动机活塞杆均有一个直径为12mm长度为115mm材质为2Cr12Ni-Mo1W1V-5的固定销固定，以防止阀杆及油动机活塞杆运行中发生旋转退丝。

调节汽阀连接套结构如图2所示：

图2 调节汽阀螺纹连接套

二、调节阀阀杆脱落故障现象及原因分析

1.调节阀阀杆脱落故障现象

自2007年我厂#5、#6机组投产以来，共发生调节阀阀杆脱落故障共计5起，共更换调节阀阀门组件（阀杆、阀碟、阀套、连接套）4套，严重影响了机组安全经济运行。下面对2007年以来#5、#6机组调节汽阀阀杆脱落现象进行统计。

其相关参数如表格1所示：

表1 调节汽阀故障统计表

2.调节阀门杆脱落故障原因分析

根据以图表1统计分析，调节汽阀连接套与阀杆固定销断裂，连接套与阀杆连接螺纹磨损严重，是造成造成阀门门杆脱落的主要原因。而发生此现象的根本原因总结为以下几项：

2.1 调节汽阀阀杆原因

（1）由于调节阀工作不稳定而造成的。

有的调节汽阀由于汽流旋转而将顶部门盖上口部分冲刷形成切割状态，在运行中，当调速系统处在某一开度时，会产生汽流的脉冲。频率由几赫兹到几十赫兹，而压力脉冲经超过门前压力很多，这将引起作用在门杆上的力发生突变，从而导致门杆振动。

（2）调节阀门杆与门杆套的间隙过大

调节阀的振动的另一原因是调节阀门杆与门杆套的间隙过大，门杆漏气也会产生气流脉动，导致门杆振动。

(3)应力作用

门杆振动使门杆及连接套固定销经常处在交应力的作用下产生疲劳而导致断裂，或者门杆螺帽的丝扣磨损造成脱落。

2.2 调节汽阀连接套原因

（1）连接套固定销材质不符合工况要求

固定销作为连接套与阀杆连接的重要部件对材质要求较高，按照上汽厂对固定销要求，材质应为2Cr12NiMo1W1V-5,而在几次检修过程中对固定销的材质并没有做具体要求，造成加工后备品不符合设备运行要求，在运行过程中阀杆应力增加而造成固定销疲劳老化变形，造成固定销断裂。

（2）连接套固定销加工工艺不符合要求

连接套固定销正常尺寸为Ф12X115mm，我们在数次加工过程中都按照此尺寸加工，但连接套固定销孔在经历长周期运行后，由于磨损以及装配原因其原始尺寸或多或少都发生了变化，其基孔变大导致固定销安装后配合间隙变大，以致固定销松动，运行中曾发生过多次固定销窜出现象。

（3）连接套固定销安装工艺不符合要求

检修人员在进行阀杆与连接套安装时，未严格按检修规程要求工作，在安装固定销时未注意销孔的配合间隙，间隙过小时不可野蛮施工或强行装入固定销，固定销在装入销孔时应稍有紧力。（固定销与销孔配合间隙通常为0.01——0.02mm）

（4）连接套与阀杆丝扣连接配合不符合要求

连接套在经历长周期运行后，由于自身磨损以及装配原因其原始尺寸都发生了变化，配合间隙过大加剧了阀杆丝扣的磨损，最终造成丝扣连接脱落。

2.3 连接套连接方式设计存在缺陷

在我厂高压调节阀多次出现此种现象后，我们到几个兄弟电厂调研，发现此种机型普遍都存在着此种现象。此种连接方式虽然节约空间，但安装检修工作量大，对零部件配合间隙要求高，在调节汽阀经历长周期运行后，连接套配合间隙的变化量比较大，人为无法控制，存在着许多不稳定性。

三、调节阀阀杆脱落故障应采取的技术措施

1.检修过程中应采取的技术措施

1.1 加强汽轮机参数调节，稳定调节阀工作。

与运行及热控工作人员积极沟通，仔细分析，务求将调节阀工作参数调整到最佳状态，稳定调节阀运行，降低调节阀振动。

1.2 保证调节阀门杆与门杆套的间隙于合格范围。

在检修工作中对调节阀门杆与门杆套的间隙进行测量，对不符合要求的设备部件进行检修或予以更换，直至符合设备安装标准。

1.3 保证连接套固定销材质、加工工艺及加工尺寸符合要求。

对连接套固定销备品进行严格验收，必须符合配合间隙要求才可以使用。

1.4 保证连接套与阀杆丝扣连接配合紧密。

连接套与阀杆丝扣要完全旋紧到位，不允许有松动、卡涩现象。

1.5 保证连接套固定销材质、加工工艺及加工尺寸符合要求。

1.6 在连接套固定销安装完成后，对固定销两端与连接套外孔采取焊接固定，保证其在运行过程中不发生移动，防止其串出脱落。

2.运行过程中发生阀杆脱落采取的措施

2.1 采取措施

如在运行过程中发生阀杆脱落现象，应联系运行人员将高压调节汽阀阀序由顺序阀切换至单阀，然后缓慢关闭阀门至“零”位，并联系热控人员将阀门开度强制为“零”位，保证阀位至“零”阀门不再活动才可进一步处理。我们在机组运行状态下暂时采取对阀杆与连接套结合部位成圆周焊接方式处理，待焊接完成后应缓慢开启调节汽阀，观察焊接部位是否焊接牢固，如焊接牢固则可正常开启。此外，在机组工况允许的情况下，应该尽可能的调整阀门阀序让此阀门尽量少的参与调解，固定在一定开度，降低调节频率，减少汽流冲击，以防止焊接部位脱焊，再次造成阀杆与连接套脱落现象。待以后机组停备或检修期间再对阀门阀杆及连接套进行更换。

2.2 措施存在缺陷

此种方法只适用于在不影响机组正常运行的情况下做在线处理，属于临时措施，焊接处理后的阀杆及连接套在以后的检修过程中都已无法拆除，为了对调节阀进行解体并取下阀碟及阀套，只能在调节阀整体调出后，对阀杆及连接套做切割处理，切割后阀杆及连接套均不可使用，必须重新更换备品。阀杆及连接套备品价格高，备品购买周期长，经济损失过大。

3.调节阀阀杆连接套改进技术措施

虽然我们对调节阀阀杆脱落故障做了很多的技术措施以及处理方案，但调节汽阀与连接套螺纹连接方式还是存在着很大的安全隐患和设计缺陷，如设备维修工作量大，设备运行故障率高等，严重威胁机组安全稳定运行。所以我们在2014年下半年我厂#5机组大修过程中，尝试着对#5机组#3、#4高压调节汽阀的连接方式进行了改造，将原先的高压调节汽阀阀杆与油动机活塞杆之间联轴器的连接方式由螺纹连接改进为法兰紧固连接。

改造后连接部件如图3所示：

图3 调节汽阀法兰联轴器

四、调节阀法兰紧固联轴器优点

1.法兰紧固联轴器拆卸、组装十分便捷，大大减轻了检修人员的工作量。

2.法兰紧固联轴器在运行过程中观察十分方便，利于运行及检修人员观察调节汽阀工作工况，及时发现设备异常。

3.法兰紧固联轴器安装后，高压调节汽阀阀杆与油动机活塞杆之间连接间隙极小，没有富余量允许汽阀阀杆与油动机活塞杆在联轴器内有活动间隙，大大减轻了联轴器阀杆、活塞杆之间的机械磨损。

五、调节阀阀杆联轴器改进后效果

自2014年我们对#5机组#3、#4高压调节汽阀的连接方式进行了改造，将原先的高压调节汽阀阀杆与油动机活塞杆之间联轴器的连接方式由螺纹连接改进为法兰紧固连接后。#5机组#3、#4高压调节汽阀安全稳定运行10248小时，未发生调节汽阀阀杆脱落现象，大大降低了设备故障率，提高了机组运行经济性能。

六、未来打算

我们在对#5机组#3、#4高压调节汽阀在连接方式进行技术改进后，很好的降低了设备故障率，大大提高了机组主要设备的健康水平，保障了机组的安全稳定运行，也为同类设备今后的改型优化提供了实践依据，我们打算在今后的机组检修过程中，逐步将余下的6组调节汽阀连接方式都改造为法兰联轴器连接，全面取代现有的螺纹连接套。

七、结束语

汽轮机热力系统设备的可靠稳定，直接影响到整机的安全经济运行。高压调节汽阀作为热力系统的关键部件尤为重要，仔细查找故障原因，合理制定相应处理措施，优化改进故障设备结构，就一定可以降低高压调节汽阀故障率，从而保证汽轮机热力系统的稳定运行。