哈汽CLN600MW机组主汽门门杆断裂故障处理及原因分析

哈汽CLN600MW机组主汽门门杆断裂故障处理及原因分析

李志行

河南大唐电力检修有限责任公司 南三门峡市 472000

摘要：某电厂二期#4哈汽CLN600MW超临界机组在并网运行时，机组GV3门后压力异常偏低，不能正常使用。本文主要讲述，该机组门杆从预启阀上部的十字孔处断裂的原因及后续处理过程。

关键词：哈汽CLN600MW机组；主汽门门杆；故障处理；原因分析

引言

某电厂二期#4哈汽CLN600MW超临界机组在并网运行时，操作人员发现该机组门杆从预启阀上部的十字孔处断裂，通过对断裂原因分析并采取有效的处理措施，使设备达到设计要求，并能够可靠运行。

1哈汽CLN600MW超临界机组情况概况

某电厂二期#3、#4机组为哈汽CLN600MW超临界机组，分别于2006年10月、2007年8月投入商业运行。该型机组配有两个高压主汽阀和两个中压主汽阀，后面布置有四个高压调节阀和四个中压调节阀，各自均有独立的执行机构和调节回路，全部由DEH控制。顺序阀控制方式下调门的开启次序为#1+#2→#3→#4。高主门水平布置，总行程117.7mm，预启阀行程17.7mm。

2 机组故障情况及历史相关故障处理情况

2014年10月13日15:11，#4机组并网运行，19:20负荷升至450MW，进行锅炉吹管。检查主汽压力达到额定值24.2MPa，GV1、GV2、GV3、GV4开度均达到100%，负荷最高只能达到500MW，GV3门后压力13.88MPa异常偏低（调节级压力14.31MPa）。就地检查TV1、TV2主汽阀阀杆与操纵座连接的两个销子未见异常，阀杆可见部分随操纵座动作到位，TV2沿门杆向外漏汽比较明显。关闭TV2对应的两个高调门GV2、GV3进行试验，检查左侧两个高调门GV1、GV4开度、汽压及负荷均无明显变化，判断为TV2阀芯未正常开启。主机振动、瓦温、轴向位移、差胀等参数均在正常范围。#4机组于2014年10月21日21:29停机。10月26日开始拆除右高主操纵座，17:00吊出右高主操纵座，门杆直接从阀盖处拔出，发现门杆从预启阀上部的十字孔处断裂。

#4机组曾于2012年11月30日#4机组TV1在做主汽门全行程活动试验时曾出现过门杆断裂故障。2012年12月7日停机对左、右侧高主门解体检修，解体后发现断裂部位在预启阀变截面处。2014年4月#4机B级检修期间，吸取2012年主汽门门杆断裂的教训，对#4机高中压主汽门调门进行了全面解体，打磨清理氧化皮，并对阀杆、阀座、螺栓进行了金相检验，未发现异常。本次检修期间还对#4机所有的主汽门调门油动机进行了改造（此前无等级检修）。高主门油动机改造后，缓闭行程从6.5mm增大到27mm，总关闭时间由0.08秒延长至0.15秒，符合关闭时间小于0.3秒的标准。

3 门杆断裂原因分析

3.1设计结构方面原因

根据#4机右高主阀杆断裂位置、断口形状情况，结合其他单位相关类似故障情况，初步认为高压主汽阀阀杆结构设计不合理，加工工艺不良，在门杆异常运动而受到较大的应力作用下，受到门杆自身结构存在的应力集中及材料强度低等因素的共同作用，沿应力较大的截面出现冲击疲劳裂纹，裂纹的扩展及进一步受到应力及冲击而发生断裂导致阀杆应力集中部位出现裂纹并逐渐发展，最终导致断裂。

但是由于在2012年11月故障事故处理过程中已经在阀门本身设计结构和制造工艺方面进行了诸多改进，并严格控制制造工艺，对新设备在安装前进行多角度全全方位的检验验收，可以说工艺结构方面原因可能性不大。

3.2机组装配方面原因

在本次装配过程中需要配装整套新阀芯，根据装配图，阀杆与螺纹管塞之间定位后，在阀门全关状态下阀杆与阀座无直接硬接触，也就是说，按照设计要求在阀门关闭时操纵座弹簧关闭阀门的冲击力并无直接作用于阀杆上，而是作用在螺纹管塞于阀盖上。具体过程为：主弹簧关闭阀门时直接带动螺旋管塞（图3.1 部件1）向阀座移动，阀杆（图3.1 部件4）上端部与螺旋管塞为螺纹连接，阀杆在螺纹管塞带动下同步移动，并带动阀头向阀座移动。最终，螺旋管塞（图3.1 部件1）与阀盖（图3.1 部件2）内部蓝色套装部分（与阀盖螺纹连接，非拆卸部件）直接接触，限制阀杆继续在弹簧作用下继续移动。

图3.1 主气阀装配图（全关状态）图3.2  主气阀预起阀阀芯装配图

图3.1：1、螺纹管塞；2、主阀盖；3、定位销；4、阀杆；5、主阀阀头；6、衬套

图3.2 ：1、主阀阀头；2衬套；3、阀杆；4、弹簧；5、预启阀螺母；6调整垫片（非原装配件）；7、预起阀阀头；8、弹簧座I；9、弹簧座II

    此时主阀阀头（图3.1 部件5 ）已经与阀座密封线接触，预起阀阀头（图3.2 部件7）与主阀阀头（图3.2 部件1）内部密封线接触密封。阀杆（图3.2部件3）此时不是直接顶住预起阀阀头，而是通过阀杆芯孔内部弹簧（图3.2 部件4）弹力顶住弹簧座I（图3.2 部件8）与弹簧座II（图3.2 部件9），两个弹簧座为套装结构。弹簧座II与预起阀阀头内部直接接触，并在弹簧作用下将两个弹簧座、预起阀阀头定位限位，此时预起阀与主阀均处于完全关闭状态。此时阀杆处于一个类似悬挂自由的状态（主气阀实际为水平布置），阀杆本身在关闭过程中不受到操纵座弹簧冲击作用，并且与阀头无直接刚性接触，在静态关闭状态不受操纵座弹簧静作用力。所以在保证装配要求条件下，主气阀阀杆本身除了受到启动时由气压压差作用力、阀芯部件摩擦力、弹簧关闭时推力之外，并无很大的作用力施加在阀杆上。由于设备历经几次大修并无相关数据记录，之前检修后状态是否符合设计要求无法确认，不排除由于预留间隙不够导致阀杆与预起阀阀头刚性接触导致阀杆受冲击力过大，在长期运行过程中断裂。

    4装配处理过程

4.1 新配件检查处理

由于阀杆断裂原因未确认，哈汽厂家要求将两个主汽门门芯套件全部更换。经过对新配件的检验，金相检验和材质检验无异常。根据装配图对阀芯组件尺寸进行检验，新部件除阀杆之外其他部件尺寸符合要求。两个新阀杆在尺寸与设计不符，大于设计要求。按照设计装配要求，预起阀头在与阀杆配装后，在阀芯弹簧不安装时，头与阀杆相对位移应控制在4.8±0.40mm（A+B之和）。实际测量两个新阀杆与预起阀头最大相对位移分别为2.6mm和4.0mm，小于设计要求。经过咨询讨论，决定在预起阀头与预起阀螺母之间分别加装2mm与0.50mm不锈钢调整垫片以保证预起阀头与阀杆最大相对位移满足要求并采用氩弧焊电焊固定。此外，两套阀芯中预起阀螺母与阀杆接触面、阀杆与套筒倒密封面按照密封要求进行了研磨确保接触面达到设计要求。

阀芯弹簧的测量结果表明在保证阀门关闭状态时弹簧座II与阀杆有1.6mm间隙时，弹簧压缩量满足设计要求，故安装时未加装弹簧调整垫片来调整弹簧压缩量。

4.2 阀芯组件回装与定位

根据装配图回装阀芯组件时，需要注意保证预起阀行程满足设计要求17.7±0.50mm。安装时通过调整套筒安装位置来控制，在实际安装时当套筒旋至底部上紧时，预起阀行程满足设计要求。注意此时预起阀行程实际测量数值为14.5mm左右，因为在阀芯弹簧作用下，阀杆相对于阀头位置比在关闭状态下上移了3.2mm，但主阀行程100mm不受此影响。

阀芯组件安装完毕后，最终需要通过调整螺纹管塞与阀杆相配位置来保证阀门关闭时各部件相对尺寸满足设计要求，达到在装配分析中阀杆不受力处于近似自由的状态。在装配图中，螺纹管塞与阀盖距离参考值为43mm，实际调整过程中不能以此标准进行调整。首先图中状态为阀门关闭状态，阀杆在操纵座弹簧力量下将阀芯弹簧相较于装配时压缩了3.2mm，也就是在未安装操纵座时螺纹管塞与阀盖距离应为46.2mm。再者，由于阀杆尺寸和螺纹管塞尺寸加工差异的存在，使得装配时如果按照46.2mm调整的话最终无法确保预起阀芯头部1.6mm,后部3.2mm,尺寸间隙。在实际定位过程中，我们分别测量了螺纹管塞直接顶死在阀盖上时与安装好阀芯与阀盖（结合面间隙为0）螺纹管塞拧死在阀杆上时螺纹管塞与阀盖之间距离X、Y。

以左侧高压主汽门实测数据为例，预起阀头与阀杆相对最大位移调整到了4.6mm，X值实测42.7mm，Y值实测为44.8mm，XY之差为2.1mm，也就是说按照此状态连接操纵座的后由于螺纹管塞的限位作用，预起阀阀头内部间距尺寸分配也就是上文中AB值分别为2.5mm与2.1mm,达不到设计要求的1.6mm与3.2mm。需要将螺纹管塞旋出 1.1mm即1/3圈（螺纹牙距3mm）后配装定位销。安装操纵座后，在阀门关闭状态时阀芯组件各部件相对位置满足设计要求。

5机组故障检修情况总结

在本次检修过程中遇到诸多问题，最后都得到解决处理。我们从以下几个方面进行总结：（1）针对原厂配件必须要进行严格检验和对材质和尺寸，发现问题及时咨询处理。（2）在装配过程中不能盲目以经验或者修前状态为依据，必须按照设计标准和要求进行装配。（3）设备装配时特别是新旧部件配装过程中，图纸中给出的尺寸和装配间隙会与实际不完全一致，需要弄清楚图纸中设计理念和设计目的，然后根据实际情况和条件进行处理调整。（4）在今后作业过程中需要根据设计要求增加验证点，不仅仅局限于门线、行程、门盖密封、门杆与套筒镜像间隙等常规检验项目，需要增加如弹簧压缩量、预起阀内部（X\Y）尺寸间隙，确保回装后设备达到设计要求，能够可靠运行。

结束语

综上所述，在哈汽CLN600MW超临界机组并网运行中，发生门杆从预启阀上部的十字孔处断裂时，通过对断裂原因分析与采取有效的处理措施，总结了机组发生故障时的处理方案。