东芝引进型600MW亚临界机组主汽门及调节汽门缺陷处理
李建中，乔红勇，李文海，王玉栋
（山西大唐国际运城发电有限责任公司，山西运城 044602）
摘要 山西大唐国际运城发电有限责任公司两台600MW汽轮机为哈尔滨汽轮机厂配套提
供，其中高中压缸为日本东芝生产，低压缸为哈汽生产。由于1号—4号高压调节阀（东芝产）阀座严重松动，导致机组进汽能力不足、夏季高温季节带不满负荷，进汽节流损失较大，噪声严重超标，影响机组的安全经济运行。经过对阀座加工、阀座、阀芯密封面修复；阀座安装孔修复；阀门密封面修复；运行正常。
关键词 高压主汽阀及调节阀阀座松动；影响机组带负荷能力；影响机组安全经济运行
Toshiba introduced type 600MW sub-critical unit main valve and
adjust the valve defect treatment
Li Jian-zhong， Qiao Hong-yong,Li Wen-hai, Wang Yu-dong
(Shanxi Datang International Yuncheng Power Generation Co., Ltd.,Yuncheng
044602,China)
Abstract: Yuncheng, Shanxi Datang International Power Generation Co. Ltd. of two 600MW steam turbine to provide for the Harbin Steam Turbine Plant matching, in which high pressure cylinder for the Japanese Toshiba production, low-pressure gas cylinder for the production of Kazakhstan. , No. 1, -4 due to high pressure control valve (Toshiba-off) valve seat serious loose, resulting in insufficient capacity steam generating units into the summer hot season with a dissatisfaction with the load into the steam throttle to greater losses, noise seriously exceeded affect safe operation of generating units . After a valve seat machining, valve seat, spool sealing surface repair; seat mounting hole repair; valve sealing surface repair; functioning properly. Key words: High-pressure main steam valve and valve seat loose；Affect the unit with a load capacity；Affect the unit safe and economic operation
0 引言
山西大唐国运城发电公司汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产，型号为NZK600—16.7/538/538,型式为亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式。高中压缸采用合缸结构、日本东芝公司生产，两个低压缸均为双流反向布置、哈汽生产，汽轮
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机总级数为39级，高压转子有9级，其中第一级为调节级，调节级嘴嘴共分四组（上下缸各两组），每组喷嘴数均为58个，中压转子有6级，低压转子有2×2×6级。
1 设备概述
主、再热汽管道布置为2—1—2，共设有高压主汽阀（东芝产）、四个高压调节阀（东芝产），两个中压联合汽阀（东芝产）。调节汽阀控制有两种方式：顺阀（部分进汽）和单阀（全周进汽），每次冷态、温态启动时，在启动后保持一天的单阀运行，以减少固体粒子的腐蚀。4个主汽调节阀安装在共用阀壳上，和两个主汽阀壳焊接在一起。主汽阀有2种类型，右边的主汽阀碟上带有预启阀，它的作用是使调节阀腔室在汽轮机起动前得到充分预热。
高压主汽阀及调阀有关设计数据如下： 主汽阀 数量 内径 阀体、阀杆材料 主汽阀旁路阀数量 主汽调节阀 型式 数量 内径 阀体、阀杆材料 只 mm 只 只 mm 2 Φ330.2 K12F52K/K9A56E 无 单座球头阀 4 Φ228.6 K12F52K/K11C81E 2 机组运行中存在问题
2008年7、8月运行中发现1号、2号机组进汽能力不足，且在低负荷时噪音很大，2008年12月中下旬由山西电科院负责进行的1号机组热力性能试验进一步证明，机组通流能力低于设计值，四阀全开时主汽流量比设计进汽量低116.6 t/h，影响机组带负荷能力约30MW。从试验数据看，机组高压缸效率比设计值低了6.70%，主要原因存在于调节级前的通流部分，包括主汽门节流、调门节流以及调速级的问题等，针对此情况，于2008年12月31日分别进行了2号、3号、4号调门的通流能力测试，并将调门开度与调节级后压力关系作成曲线，见图一。
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调门开度（%） 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 8.5 9 9.5 10 10.5 11 调节级后压力（MPa)
从图中可以看出：4号调门从0%到100%的过程中，调节级压力变化最小，反应了该调门组的通流能力最小，同样，2号调门通流能力最大，需要根据厂家提供的喷嘴分布情况进行判断，是否个别调门或喷嘴组存在大的节流损失或变形。另外，每个阀门在开到60%以后，都出现了流量变化，继续开启阀门，流量没有增加，反而略有减小，初步分析原因为： （1）各个调门的阀座存在松动或松脱，国内同类型机组已发生过同样问题。 （2）各个调门门杆减振套存在松动或松脱。
（3）高压汽门设计压损大，国内同类型电厂测试压损达到15%以上，由于我公司未设计安装阀后测点，因而修前无法测试。 （4）调节级喷嘴存在变形或其它问题。
2号调门 开度 3号调门 开度 4号调门 开度 图一 调门开度与调节级后压力关系曲线 3 设备检修时检查发现问题及原因分析
3．1 2009年8月1号机B级检修中发现的问题
（1）1号、2号、3号、4号高压调座均发生严重松动，轻松取出后，进一步检查发现阀座与阀体结合处磨损较严重，阀座外圆磨的特别光亮。（高压调门阀座取出前外部状况如图2所示，高压调门阀座取出后外部状况如图3所示）
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图2 高压调门阀座取出前外部状况
图3 高压调门阀座取出后外部状况
（2）1号、2号高压主汽门阀座与阀体的结合面表面溜焊层整圈裂开。（高压主汽门阀座取出前后表面状况如图4所示）
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图4 高压主汽门阀座取出前后表面状况
（3）1号、2号中压联合汽阀阀座与阀体的结合面表面溜焊层部开，阀座用专用工具取不出来。
（4）高压调节级喷嘴室及整圈232个喷嘴检查未发现异常。 3．2 存在问题的技术分析
3．2．1汽门加工修复前测量的技术参数分析：
主汽阀和主汽调节阀阀座与阀座基孔配合尺寸设计分别为过盈量0.128-0.1mm、0.082-0.134mm；而从高压主汽阀门和高压调节汽门测量参数中发现阀座与基孔之间已经完全分离，基孔对阀座没有任何过盈约束力。（实际均为间隙值）
见测量参数：
a、高压主汽阀门阀座与基孔的过盈量（mm）：
上部最小值：-0.72 （间隙0.72）
下部最小值：-0.32 （间隙0.32） 上部最大值：-1.23 （间隙1.23） 下部最大值：-1.15 （间隙1.15）
b、高压主汽阀门阀座与基孔的过盈量（mm）：
上部最小值：-0.13 （间隙0.13）
下部最小值：-0.41 （间隙0.41） 上部最大值：-1.30 （间隙1.30） 下部最大值：-0.46 （间隙0.46） 3．2．2产生间隙的可能性原因分析：
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（1）高压主汽阀门和高压调节阀门基孔加工前，整个阀座的应力时效处理不完善，致使在基孔精加工后，在实际使用中，在交变热应力和交变载荷（包括震动载荷）的作用下，基孔发生自身的热应力（高温持久应力和高温蠕变应力）变形，使基孔与阀座逐步产生间隙，在外力的连续作用下，间隙逐步扩大而使阀座焊道断裂，从而产生更大的震动和噪音。 （2） 应力时效处理存在一定的问题（但不是主要因素），而主要是阀座与基孔安装时过盈量太小，加之应力时效处理存在的问题，在实际运行中，在外力的连续作用下，间隙逐步扩大而使阀座焊道断裂，从而产生更大的震动和噪音。
4 高中压汽门阀座松动处理过程
4.1 前期准备:
4.1.1准备高压主汽门、高压调节门图纸资料、工作参数、阀座材料及硬度等相关技术资料； 4.1.2 将高主、高调门解体、阀座从阀座安装孔内取出；
4.1.3现场使用内径、外径千分尺测量高压主汽阀座安装孔、阀座外径（φ548mm、φ395mm）
圆柱度、圆度，高调门阀座安装孔、阀座外径（φ275mm）圆柱度、圆度； （按通用技术要求：圆柱度、圆度≤0.03mm，阀座与安装孔过盈量：高主门0.31-0.33mm、高调门0.23-0.28mm）
4.1.4测绘设计阀座安装孔、阀座密封面修复相关尺寸参数；
4.1.5按现场测量高主、高调门阀座安装孔、阀座密封面相关数据，设计高主、高调门阀座
安装孔镗孔、研磨工装和设备，阀座密封面修复专用设备和工装；
4.1.6数控加工高主、高调门阀座安装孔研磨胎具、阀座密封面型面研磨胎具、定位盘及精
密导向套、下部调整盘等零部件； 4.2 现场检修第一阶段：阀座安装孔修复
4.2.1搭建工作平台及承重架（吊装镗孔、研磨设备使用）并检验合格，封堵汽缸； 4.2.2组装及调试高主、高调门阀座安装孔镗孔、研磨工装和设备，阀座密封面修复专用设
备和工装。
4.2.3以法兰口定位，安装阀座安装孔专用镗孔机进行半精加工，保证⊥≯0.03mm，◎≯0.03mm；
4.2.4以法兰口定位，安装阀座安装孔专用研磨机进行精加工，保证⊥≯0.03 mm，◎≯0.03 mm；
4.2.5表面粗糙度达到（Ra值）0.4μm；加工过程中，定期用内径百分表进行测量，保证加工精度；
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4.3 专业加工厂检修阶段: 阀座加工、阀座、阀芯密封面修复 4.3.1 阀座加工：
（1）确定阀座材质及硬度，协商确认焊接材料；拟采用焊材：ERNiCrMo-3，ERNiCrMo-3化学成分如表1所示。
表1 ERNiCrMo-3化学成分 C Mn Fe P S Si Cu 其余 ≤0.1 ≤0.5 ≤5.0 ≤0.02 ≤0.015 ≤0.5 ≤0.50 0.50 Ni Co Al Ti Cr Mo Cb ≥58.0 ≤1.0 ≤0.4 ≤0.4 20.0-23.0 8.0-10.0 3.15-4.15 （2）对阀座外径进行粗车，单面车去0.5mm；
（3）对阀座预热150-200℃后进行自动氩弧堆焊，堆焊后进行焊接质量检测，保证堆焊层无裂纹、砂眼、夹杂、气孔等缺陷；
（4）根据现场阀座安装孔修复后尺寸、要求的配合尺寸，确定阀座外径加工尺寸； （5）粗加工、精密加工阀座外径，保证尺寸精度在公差范围内，表面粗糙度达到（Ra值）0.4μm。
4.3.2 阀座、阀芯密封面修复：
（1）测绘：将阀座、阀芯表面进行清理，在精密平台上，用三维坐标测量与线切割型线相结合测量阀座型面及外形尺寸，用计算机实体设计程序处理测量值； （2）焊接：若损伤严重，则需要焊接
a. 对阀座、阀芯密封面材料成分及硬度进行确认，确定焊接材料；
b. 对阀座、阀芯损伤部位进行机械清理，去除阀座氧化层，露出金属光泽； c. 按堆焊技术标准，对处理后的部位进行氩弧焊堆焊。堆焊后进行焊接质量检测，保证堆焊层无裂纹、砂眼、夹杂、气孔等缺陷；
(3）对阀座、阀芯密封面进行粗加工，精密研磨。保证密封面型面尺寸精度在公差范围内，表面粗糙度达到（Ra值）0.4μm。
4.4 现场检修第二阶段: 阀座安装、阀座密封面修复 4.4.1 阀座安装：
(1）测量阀座安装孔、阀座外径精确尺寸；
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(2）将精密加工至阀座安装孔与阀座配合要求尺寸（过盈量：高主0.31-0.33mm、高调0.23-0.28mm）的阀座用干冰冷却4小时左右；
(3）将阀体、阀座安装孔同时加热至150℃左右，使阀座安装孔涨大； (4）用专用工装将阀座放入阀座安装孔内，保证定位基准面接触牢靠；
(5）待阀座安装稳定后，用氩弧焊，将阀座与阀口焊接在一体，保证堆焊层无裂纹、砂眼、夹杂、气孔等缺陷。
由于阀座重新安装后，阀口需要进行密封焊接，焊接后阀座会存在微量变形，为了保证安装后阀门严密性，阀座密封面现场重新进行研磨。 4.4.2阀座研磨：
(1）以法兰口定位，安装阀座研磨机，调整研磨中心，保证⊥≯0.03，◎≯0.03； (2）用数控加工的型面研磨胎具，对阀座进行研磨，研磨共分粗研磨，精研磨，表面粗糙度达到（Ra值）0.4μm。 4.5 检查及验收
4.5.1阀座与阀座基孔配合尺寸为过盈量高主：0.31-0.33mm，高调0.23-0.28mm； 4.5.2 阀座、阀碟密封面表面粗糙度达到（Ra值）0.4μm；
4.5.3 阀座、阀碟密封面红丹粉着色检查，密封线应完整、连续均匀、无断线，100％连续接触；
4.5.4 堆焊层无裂纹、砂眼、夹杂、气孔等缺陷。
高压主汽门阀座修复后如图5所示，高压调节门阀座修复后如图6所示。
图5 高压主汽门阀座修复后 图6 高压调节门阀座修复后 8
5 结论
山西大唐国际运城发电有限责任公司高压主汽门、高压调节汽门（左、右）为东芝设计供货，国内有八台机组，与大唐国际王滩发电公司、大唐阳城发电公司、大唐金竹山发电公司为同类型机组。针对我公司1号机组检修中发现的高压主汽门、高压调节汽门阀座松动问题，经过对阀座阀体的加工修复，并对阀芯密封面进行研磨，启机后运行试验正常，解决了电力生产中的重大实际问题，为相关电厂提供了一定的参考价值及指导数据，目前运电公司已将2号机高中压汽门检查项目列入2010年的C级检修计划中。
通过安装测点进行试验证明：在额定负荷下1号机主汽门调门的压损虽降到了10%，但仍较大，远大于4—6%的常规压损设计值，有待于进一步研究解决。
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作者简介：
李建中，山西大唐国际运城发电有限责任公司汽机点检员，长期从事电厂汽轮机专业技术工作
乔红勇，高级工程师，山西大唐国际运城发电有限责任公司总工程师，长期从事电厂技术工作
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李文海，高级工程师，山西大唐国际运城发电有限责任公司汽机点检长，长期从事电厂汽轮机专业技术工作
王玉栋，山西大唐国际运城发电有限责任公司汽机点检员，长期从事电厂汽轮机专业技术工作
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