300MW机组高压调节汽阀严密性不合格原因分析与处理.pdf

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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 186 300MW 机组高压调节汽阀严密性不合格 原因分析与处理 陈 峰 张林茂 （河北衡丰发电有限责任公司 河北 衡水 053000） 【摘 要】某厂哈汽生产的 N300-16.7/537/537 型机组开机过程中高压调节汽阀严密性试验不合格，通过从 阀门设计、设备运行和检修几方面进行分析后，找出了严密性不合格的原因，并进行了技术改造，最终成功解决了 该重大隐患。此项成果对同类型机组有推广价值。 【关键词】高压调节汽阀 严密性 缩紧螺母 套筒 某 厂 一 期 #1 、 #2 机 组 是 引 进 美 国 西 屋 电 气 公

2、 司 由 哈 尔 滨 汽 轮 机 厂 生 产 制 造 的 N300-16.7/537/537 型亚临界，一次中间再热，单轴，两缸两排汽反动式汽轮机。该型汽轮机调节 系统采用数字式电液调节（DEH）系统，自动化程度高。DEH 液压系统采用高压抗燃油，其工作压力 为 14.00.5MPa， DEH 系统有 12 只执行机构，分别控制 2 个高压主汽阀；6 个高压调节汽阀；2 个 再热主汽阀和 2 个再热调节汽阀的位置。 1 高压调节汽阀概况 1.1 概述 高压主汽调节联合阀体是由铸钢制成的。蒸汽由下部进入主汽阀，再经过主汽阀进入调节阀， 每一调节阀控制一调节阀出口，三个调节阀结构相同，调节阀体蒸汽

3、腔室相通，汽轮机每侧布置一 个主汽调节联合阀，由调节阀腔室流出的蒸汽由六根导流管进入 6 组喷嘴。 三个调节阀，其中一个调节阀表示在图 1 上，它们是单阀座并平行地布置在一个蒸汽室内。每 个调节阀被蒸汽所包围，其压力近似主汽压力。 调节阀杆（2）通过连接杆（9）与杠杆相连接，见图 1。当杠杆向上移动时，带动连接杆（9） 并使阀杆（2）向上移动，阀杆首先移动 3.20.25，与锁紧螺帽（5）接触。锁紧螺帽与阀碟（4） 通过螺纹连接并有 4 个销定位。这时阀杆再带动锁紧螺帽、阀碟一起移动，行程 461.0 达到全开 位置，此时阀杆凸肩与套筒（6）贴紧，见图 2。复位弹簧使油动机活塞向下移动而关闭阀

4、门。阀门 移动的导向是依靠阀杆套筒（6）来实现，如图 1、图 2 所示结构提供了足够的间隙以维持阀杆沿整 个行程能正确的找中，而图 3 所示结构使作用在主汽阀碟前的压力平衡，减少开闭阀门的力。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 187 图 1 高压调节汽阀剖视图 图 2 阀全开后，阀杆凸肩与套筒接触密封面示意图 图 3 高压调节汽阀主阀、预启阀剖视图（关闭状态） 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 188 表示在图 1 上的二个压缩弹簧（16）和（17） ，在所有时间内都给每个阀门施以关闭的力。弹簧 向下作用在弹簧座上（

5、21） ，以克服不平衡的力并提供一个可靠的关闭阀门的力。 1.2 高压调节汽阀的密封 A. 是靠缩紧螺母（7）与调节阀体之间的螺柱使套筒（6）上的凸台与调节阀体形成一密封面。 B. 当调节阀全部打开时靠杠杆传过的力使阀杆凸台与套筒（6）贴紧形成另一密封面。由于阀 杆与套筒，以及锁紧螺帽与套筒之间的间隙，在阀门没有完全打开时将产生阀杆漏汽，套筒上采用 了适当的漏汽接头，高压漏汽与低压区域相连接，低压漏汽接向轴封冷却器。 2 高压调节汽阀严密性试验的要求及试验情况 2.1 试验准备及要求 A. 机组与电网解列，保持 3000r/min 稳定运行； B. EH 油系统运行正常； C. 保安油泵运行正

6、常； D. 试验期间旁路投入运行； E. 主蒸汽维持在额定参数，调整旁路维持再热汽压力在 1.82.0MPa； F. 将 DEH 系统运行方式置“操作员自动”位。 G. 试验中要严密监视上下缸温差。 2.2 调速汽门严密性试验步骤 A. 机组具备试验条件后，按“紧急停机”键，汽轮机脱扣。立即挂闸，查中压自动主汽门自 动开启。迅速将 DEH 系统运行方式置“二级手动”位，开启高压自动主汽门； B. 观察机组转速下降至下限转速（1000r/min）的时间； C. 试验完毕，恢复试验前 3000r/min 运行方式。 若试验时主、再热压力达不到额定值时，则下限转速应按照下式修正（最低汽压不得低于额定

7、 汽压 50%） 。 下限转速=1000（试验汽压/额定汽压）r/min 为安全起见，该公司进行调节汽阀严密性试验时，按照半参数（即额定汽压的 50%）来进行。 即在半参数状态下，做调门严密性试验时，转速稳定到 500 r/min 或以下即为合格，否则不合格。 2007 年 4 月 5 日， #2 机中修后开机时做调节汽阀严密性试验， 转速从 3000 r/min 降至 1037r/min 后便不再下降，说明主机高压调节汽阀严密性不合格需进行彻底处理。 3 高压调节汽阀不严密的危害 当汽轮机发生甩负荷或者其它危及机组安全事故时，保护系统动作使主汽阀、调节汽阀及抽汽 逆止阀关闭停机。如果阀门关闭

8、不严，则不能使机组停下，将使事故扩大，甚至会发生超速使机组 损坏。此外，开机时，调节汽阀漏汽则 DEH 系统无法对转速进行控制，会使并网也困难。调节汽阀 漏汽还会增加进汽的节流损失，降低机组的经济性。由这些可见，高压调节启发不严密的危害是很 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 189 大的，严密性不合格必须彻底解决。 4 可能造成主机高压调节汽阀严密性不合格的原因 1) 执行机构关闭不到位。如调门关位没定好、油动机杆卡涩、关闭器弹簧失效、拐臂与连接 销卡涩等都会导致执行机构关不到位。 2) 阀芯与阀座密封线接触不良。高压调节汽阀阀芯与底口密封线要求 100%

9、 接触。如果阀芯 或底口有被冲刷，就会出现密封线接触不良，从而导致漏汽。 3) 检修质量不过关，部分配合间隙严重超标，导致漏汽量增大。 4) 设备本身设计不合理，导致严密性不合格。 5 高压调节汽阀严密性不合格原因具体分析 依据以上可能造成主机高压调节汽阀严密性不合格的原因，技术人员依据现场情况逐条进行了 分析： 1) 针对第一项，我们已经做了以下工作 A. 此次中修，对六台高压调节汽阀全部进行了解体检修，各连接件全部进行了打磨，各部件 配合良好，活动自如； B. 通过抽查解体关闭器弹簧，关闭器弹簧并未发生形变，能够正常继续使用； C. 通过调试油动机行程，在保证油动机有 6mm 富裕行程的前

10、提下，6 个调节汽阀都能够关闭 到位。 D. 开机前省电力研究院对#2 机调节系统进行了静态试验，调门关闭时间试验结果如表 1： 从表 1 可以看出，主机各高压调节汽阀关闭迅速，无卡涩现象，关闭时间均低于 300ms，符合 标准。 这样，原因第一项可以排除。 2) 针对第二项，此次中修，我们专门请了专业厂家用专用研磨工具对六台高调门阀芯和底口 进行了研磨，其中阀芯还做了喷砂去表面氧化皮和精研磨处理。阀门回装前，通过预装砸密封线， 各阀芯与阀座密封线均达到了 100%接触。以#4 高压调节汽阀为例，我们进行说明。 表 1 高压调节汽阀关闭时间测试结果 阀门 通道号 延时时间 阀门关闭时间（ms）

11、 高压调节汽阀（GV1） #4 19 193 高压调节汽阀（GV2） #5 19 218 高压调节汽阀（GV3） #6 19 186 高压调节汽阀（GV4） #7 19 193 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 190 高压调节汽阀（GV5） #8 19 186 高压调节汽阀（GV6） #9 19 216 图 4 和 图 5 为#4 主阀芯研磨前后密封线情况，从图 4 可以看出，该阀芯有明显冲刷痕迹，通 过研磨，在图 5 中阀门密封线已成一圈光滑连续的弧线，说明阀芯研磨是没有问题的。 图 4 研磨前主阀芯密封线 图 5 研磨后主阀芯密封线 图 6、图 7

12、为#4 阀底口的修前和修后情况对比，从图 6 可以看出，该阀芯底口有明显冲刷痕迹， 通过研磨，在图 7 中阀门底口密封线已成一圈光滑连续的弧线，说明#4 阀门底口研磨也是没有问题 的。 图 6 #4 高调底口研磨前密封线情况 图 7 #4 高调底口研磨后密封线情况 3) 针对第三条，我们将检修数据与标准进行了详细对比，后发现阀杆锁紧螺母（3）与套筒（6） 的间隙严重超标，标准为二者配合间隙允许范围为：0.250.30mm，而实际测量配合间隙如下：#1 高调 0.82mm、#2 高调 0.98mm、#3 高调 0.81mm、#4 高调 0.62mm、#5 高调 0.73mm、#6 高调 0.51

13、mm， 均已严重超标。我们分析，是阀门在关闭状态时，蒸汽由锁紧螺母与套筒间间隙进入阀杆平衡孔， 然后进入汽缸，从而导致严密性不合格，参见图 8 阀杆组件图。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 191 图 8 阀杆组件配合图 4)我们从该型阀门的结构上也进行了分析，主要发现了以下两方面的问题： A 解体阀杆组件后，我们发现预启阀阀面上的设计豁口很宽，已经切割了预启阀的密封线，如 图 9 为预启阀芯实物图，图上（1）处即为豁口，图 10 上标示为（2）的一圈不连续的弧线的豁口说 明阀芯与底口不接触。说明阀门在关闭状态时，部分蒸汽会顺着预启阀进入汽轮机。 图 9

14、 预启阀芯 图 10 预启阀底口 B 我们同时发现在主阀杆上还均匀对称分布了 8 个6mm 的孔，阀杆内部是中空的，据了解这样 设计的目的是为了在机组启动时平衡阀门进出口的压力，方便开启阀门，见图 11。 图 11 综合以上分析，我们得出结论如下：阀杆缩紧螺母与配合套筒间隙超标，导致通过阀杆平衡孔 1 2 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 192 和预启阀豁口进入汽轮机的蒸汽量增大，是造成高压调节汽阀严密性不合格的主要原因。 由于每次检修，都需要将阀杆缩紧螺母和配合套筒表面的氧化皮去除，以防止二者之间卡涩， 间隙超标不可避免，因此我们只能从设备结构上着手，

15、解决漏汽量大的问题。 6 高压调节汽阀严密性不合格的解决方案 为了保证高压调节汽阀关闭时的严密性，同时又要保证阀门在极热态时又能够顺利开启，经过 反复研究，制定了如下改造方案： 1）减少阀门在关闭状态下的漏汽量，将阀杆上的 8 个对称分布的6mm 的平衡孔全部用与阀杆 材质相同6mm 的销子封堵，销子两端进行全周敛缝。 2）为了保证阀杆能够在各种工况(特别是极热态启动时)都能够将主阀芯顺利提起，在预启阀与 缩紧螺帽配合的接合面处对称开四个平衡槽。 我们按照极热态开机方式考虑，计算了油动机执行机构能否将阀杆提起，计算过程如下： 1） 高调门油动机油缸内径为 83mm,油缸内油压按照 14Mpa

16、计算得油动机杆的提升力为 7.571 吨， 按 1：4 的比例转换到阀杆处的提升力为 30.284 吨。 2)高调门门杆考虑在受蒸汽压力压力最大工况，按进口压力 18MPa 计算，阀芯大径按密封线处 130mm 计算，阀杆直径为 45mm,计算得阀杆受蒸汽最大拉力为 21.018 吨。 通过计算，我们可以得出结论，即使在最恶劣的开机工况下，执行机构也能顺利将阀杆提起。 7 改造后严密性试验情况 改造后重新开机，主机调门做半参数严密性试验，转速降至 500r/min ,主机高压调节汽阀严密 性试验合格。 8 结束语 通过对哈汽 N300-16.7/537/537 型机组主机高压调节汽阀的一系列改造，我们消除了主机调节 汽阀严密性不合格的重大隐患。从这一案例上我们也发现了自身检修存在的一些问题，如对设备结 构原理还没有彻底了解、对一些测量数据的超标没有引起足够重视、对一些特殊的金属材料知识等 缺乏了解等等，我们还需进一步提高。此技术改造成果已经在该公司两台机组上运用，对其他同类 型机组厂家也有推广价值。