600MW超超临界机组汽门调门防卡涩升级改造

广东粤电韶关发电厂有限公司 蒋启东

1 现状

某厂2×600MW 机组汽轮机为东方汽轮机有限公司生产的N660-25/600/600-1型超超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机，于2015年投产[1]。

2021年1月1日进行#2机汽门活动试验，#2中调门试验失败，PV 值关至95%时无法继续向下关，通过强制#2中调门、关闭进油门、更换伺服阀，以及试图对#2中调门单个活动试验，发现#2中调门只能关闭到95%，检查就地指示也不一致，但是打闸停机时ICV2等关闭到底。解体检查发现门杆与衬套间隙超差，衬套内有局部拉伤痕迹，主阀碟与碟套径向间隙超差，表面出现黑色氧化皮，经停机抢修，做打磨氧化皮临时处理，现已运行正常。2021年1月20日做#1机汽门活动试验，ICV2试验失败，PV值关至95%时无法继续向下关，其他汽门正常。于21日再次做#1机汽门活动试验，ICV2、ICV1试验成功，但是22日单个进行#1机#2机中压联合汽门活动性试验，全关到位正常，#2中调门恢复时开至85%有卡，开启缓慢，经停机抢修，做打磨氧化皮临时处理，现已运行正常。同时2021年3月20日出现#2机组中联阀严密性试验严重不合格问题，随后利用调峰停运机会处理好两个中主门预启阀卡涩问题。4月30日出现#1机组中联阀严密性试验严重不合格问题，现于5月22日已处理好两个中主门预启阀卡涩问题。

接下来这一年内两台机组均发生中联门、中调门卡涩故障，利用机组停运抢修解体汽门检修后情况有好转，但检修过的汽门运行一年左右又发生同类缺陷现象。为保证机组安全、稳定、经济运行，急需对1、2号机高、中压主汽门、调门局部升级改造检修，彻底解决高、中压主汽门及调门卡涩问题。

2 原因分析

近年来多台同类型机组出现高、中压汽门阀门卡涩的问题，分析认为导致阀门卡涩的原因主要有以下两个方面[2]。

2.1 阀芯件氧化

高压主汽门、高压调门和中联门在高温环境下阀门阀芯件氧化皮生成速度加快，随着时间的增加，氧化皮增厚，最终导致阀杆与套筒之间的间隙变小，阀门卡涩。

主要卡涩部位：阀杆与衬套配合面卡涩（可能发生的阀门：高主、高调、中主、中调）；阀杆防转销与键槽配合面卡涩（可能发生的阀门：高主、中主、中调）；主阀碟与卡环配合面卡涩（可能发生的阀门：高主、中主）；预启阀与阀杆配合面卡涩（可能发生的阀门：中主）；阀碟与阀套配合面卡涩（可能发生的阀门：高调、中调）。

2.2 衬套变形

在早期投运的机组上，阀门的阀杆衬套设计为双层结构，如图1所示，内层为司太立合金薄壁筒，与外层衬套过盈装配，加工配合精度要求高，不易控制，衬套外的部件与衬套间也是过盈配合，在两层过盈装配的情况下，衬套在长时高温运行后，可能出现内孔变小的情况，使其与阀杆间配合间隙变小，造成卡涩。

图1 两层镶嵌式衬套结构示意图

由于1、2号机目前阀门卡涩严重，已严重影响机组安全稳定运行，本次改造中建议对阀门进行相应的改造。改造方案措施是对阀门材料升级、表面处理工艺改进和衬套结构优化，优化措施如图2所示。

图2 优化措施

材料升级：将高压阀门的阀芯件整体更换为抗氧化性更好的材质，以缓解阀芯件氧化。同时考虑材料热膨胀系数不同带来的冷热态间隙变化，优化配合间隙。

表面处理工艺改进：对阀碟与阀套配合面表面进行喷焊司太立合金处理（见图3）。针对相对运动的导向面，如卡环、阀杆、阀碟相对运动面，也进行专门的抗氧化处理（表面堆焊司太立合金），增强导向面抗氧化性。

图3 喷焊司太立合金

优化衬套设计结构（见图4）：采用衬套内孔表面等离子喷焊司太立合金技术，整体熔焊一层司太立合金，替换原镶嵌司太立合金表层工艺，避免因加工精度、装配问题造成司太立合金变形情况的发生。司太立喷焊的优点有：焊层稀释率低（5%～15%），堆焊层组织纯净，焊接效率高，结合强度高，质量稳定。

图4 衬套的结构优化

3 改造方案及措施

3.1 高压主汽阀升级改造方案

3.1.1 主要卡涩点

高压主汽阀结构如图5所示。

图5 高压主汽阀结构图

3.1.2 方案措施

第一，卡环材质升级为GH901，卡环结构优化；第二，阀碟内孔（与卡环配合处）喷焊司太立；第三，上衬套、下衬套由镶嵌司太立更换为喷焊司太立；第四，销材质升级为GH4169；第五，上、下衬套由镶嵌司太立结构更换为喷焊司太立结构；第六，优化相关配合间隙。

3.1.3 具体改造工艺

第一，主汽阀盖、主汽阀杆、预启阀碟、预启阀座、套筒利旧，其余阀芯件换新；第二，返厂的高压主汽阀芯组件解体；第三，清理拆卸下来的利旧阀芯件表面异物及表面氧化皮，对利旧阀芯件进行整体目视检查，对可疑缺陷进行PT 检查；第四，PT 检查预启阀碟、预启阀座密封面和接触带；第五，检查主汽阀杆外径尺寸，以及跳动情况；第六，主汽阀碟、阀杆与预启阀装配图中的衬套、卡环根据与其配合零件对应位置实测尺寸照配加工；第七，拆除旧套筒中衬套，最小量见光套筒内孔，根据见光后的套筒内孔尺寸和阀杆实测尺寸照配加工衬套；第八，结合相关图纸要求进行复装。

3.2 高压调节阀升级改造方案

3.2.1 主要卡涩点

高压调节阀结构如图6所示。

图6 高压调节阀结构图

3.2.2 方案措施

第一，上、下衬套由镶嵌司太立结构更换为喷焊司太立结构；第二，优化相关配合间隙；第三，操纵座十字套改锥形自动对中结构。

3.2.3 具体改造工艺

第一，阀盖改造。一是阀盖利旧，其余阀盖零件换新，返厂的阀盖组件解体，拆除阀盖阀套连接销，拆除阀盖上端面挡环及螺钉，解体时注意保护连接销孔和其他位置加工面。拆除阀门上十字头，取出门杆漏气所有螺栓；二是清理拆卸下来的利旧阀芯件表面异物及表面氧化皮，对利旧阀盖进行整体目视检查，对可疑缺陷进行PT 检查；三是拆除阀盖上、下套管，按最小量加工阀盖内孔，根据其内孔尺寸和阀杆实测尺寸；四是照配加工上下套管，更换新的阀盖上、下套管及阀套，更换后穿试棒检查。

第二，调节阀碟组件。一是返厂的调节阀碟组件解体，预启阀碟不拆除；二是阀杆、预启阀碟利旧，清理拆卸下来的利旧阀芯件表面异物及表面氧化皮，对利旧阀芯件整体目视检查，对可疑缺陷进行PT 检查；三是进行PT 检查预启阀碟密封面和接触带；四是检查调节阀杆外径尺寸及跳动情况；五是调节阀碟换新。

第三，复装。结合相关图纸要求复装阀盖、阀碟等组件。

第四，高压调节阀操纵座改造。操纵座十字套改锥形自动对中结构，对利旧的十字套按图纸加工。

3.3 中压主汽阀升级改造方案

3.3.1 主要卡涩点

中压主汽阀结构如图7所示。

图7 中压主汽阀结构图

3.3.2 方案措施

第一，卡环材质更换为GH901，并优化结构（同高主阀）；第二，阀碟内孔喷焊司太立，原阀碟未做处理；第三，预启阀碟材质更换为GH901；第四，阀盖衬套由镶嵌司太立结构更换为喷焊司太立结构；第五，防旋销材质更换为GH4169；第六，制动环内圆由氮化更改为喷焊司太立；第七，上、下衬套由镶嵌司太立结构更换为喷焊司太立结构；第八，优化相关配合间隙。

3.3.3 具体改造工艺

第一，主汽阀碟改造。

一是主汽阀盖、主汽阀杆、阀杆套筒利旧，其余阀芯组件换新；二是返厂的中压主汽阀芯组件解体；三是清理拆卸下来的利旧阀芯组件表面异物及表面氧化皮，对利旧阀芯组件进行整体目视检查，对可疑缺陷进行PT 检查；四是检查主汽阀杆外径尺寸及跳动情况；五是拆除阀盖中的旧衬套，最小量见光阀盖内孔并记录内孔尺寸；六是新衬套、制动环根据阀盖内孔尺寸和阀杆外圆实测尺寸匹配加工；七是车除旧套筒中衬套，最小量见光套筒内孔并记录内孔尺寸，根据套筒内孔和阀杆外圆实测尺寸照配加工新衬套；八是结合相关图纸要求进行复装。

第二，中压大阀盖改造。

一是阀盖、阀套利旧，返厂的阀盖同阀套解体；二是清理拆卸下来的利旧阀芯件表面异物及表面氧化皮，对利旧阀盖、阀套进行整体目视检查，对可疑缺陷进行PT 检查；三是拆除阀盖上、下衬套、密封环，按最小量加工阀盖内孔并记录反馈内孔尺寸，上下衬套、密封环根据阀盖内孔和阀杆外圆实测尺寸照配加工，更换后穿试棒检查；四是按相关图纸要求复装阀大盖，高温内六角螺栓换新处理。

3.4 中压调节阀升级改造方案

3.4.1 主要卡涩点

中压调节阀结构如图8所示。

图8 中压调节阀结构图

3.4.2 方案措施

第一，阀碟（与密封环配合处）由氮化改为喷焊司太立；第二，密封环（与阀碟配合处）由氮化改为更换为喷焊司太立结构；第三，调节阀盖内圆及导向键槽处由氮化改为喷焊司太立；第四，防旋销材质更换为GH4169；第五，上下衬套由镶嵌司太立结构更换为喷焊司太立结构；第六，优化相关配合间隙。

3.4.3 具体改造工艺

第一，调节阀碟、调节阀盖、调节阀杆利旧，返厂的阀碟组件解体；第二，清理拆卸下来的利旧阀芯件表面异物及表面氧化皮，对利旧的调节阀碟、调节阀盖、调节阀杆进行整体目视检查，对可疑缺陷进行PT 检查；第三，PT 检查调节阀碟密封面和接触带（含预启接触带），对调节阀碟外圆（与阀套配合的导向面）喷焊司太立，司太立喷焊时需注意避开5-Φ10的孔；第四，对调节阀盖Φ241内圆及28.4导向键槽处由氮化改为喷焊司太立，焊后按图纸尺寸恢复导向键槽处尺寸，阀盖内圆尺寸根据阀杆测绘尺寸照配；第五，检查调节阀杆外径尺寸及跳动情况；第六，结合相关图纸要求进行复装。

4 结语

1号机于2021年11月B 修中实施汽门调门防卡涩升级改造，2号机于2022年10月B 修中实施汽门调门防卡涩升级改造，其中制造厂内部补充加工改造时间是35天。通过对汽门、调门活动部件进行升级改造，可有效提高部件的高温抗氧化性能，降低氧化皮生成，避免部件配合间隙，进而预防汽门卡涩。1、2号机组汽轮机高中压汽门调门改造后在机组运行一年多跟踪运行情况以来，未再发生汽门卡涩故障缺陷，彻底消除了1、2号机组汽轮机高中压汽门卡涩安全隐患，有效提高了1、2号机组汽轮机运行的安全性和稳定性。