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高壓調節閥門桿松脫的原因分析和對策
發布于：2019/10/25 14:20:52 點擊量：235
1、情況介紹：河北西柏坡發電有限責任公司裝機容量為4×300MW、哈汽N300-16.7/537(538)/537(538)、亞臨界、單軸、凝汽式汽輪機，高壓缸進汽由兩個高壓主汽門和六個高壓調節門(簡稱高調門)控制，高調門運行方式根據負荷大小采用單閥或順序閥。其中#1機組1993年12月投產，歷經3次大修、6次小修，末次大修時間為2002年10月。
2、事件起因
2.1、2002年10月#1機組大修，#4高調門解體發現門桿頭部(此處無螺紋，但加工有止動橫銷孔，ф12mm，L=120mm)發生橫向斷裂。因止動橫銷(簡稱橫銷)未脫出，所以#4高調門大修前運行穩定，未見異常。
2.2、門桿頭斷裂的原因分析
2.2.1、受力。長期運行中蒸汽對門桿產生軸向周期性激振力，門桿頭部以及連接螺紋部分容易產生疲勞損壞
2.2.2、加工工藝。門桿頭橫銷孔采用鉆孔后再鉸孔加工而成，孔邊緣呈現刀鋒狀，形成典型的應力集中點，裂紋一旦形成后就會迅速發展為斷裂。
2.2.3、材質。門桿材質2Cr12NiMoWV，工作于高溫下，為增加其抗高溫氧化能力，表面進行了特殊的滲氮處理，形成一層厚約0.5mm的氮鐵化合物，其硬度、耐磨性、抗氧化性大大增加，相應的脆性增大，韌性降低。
2.2.4、裝配工藝不當。
哈汽廠高調門裝配圖工藝要求：冷態安裝，門桿旋入導向套內，需要對門桿施加152N*M的扭力，然后裝入橫銷。即要求冷態安裝后門桿與導向套完全緊力接觸，禁止留有間隙。熱態運行時，由于門桿被包在導向套內部，溫度高于導向套，其軸向線性膨脹量大于導向套，上述緊力配合依然能得到保證。因此門桿熱態運行時，門桿受到蒸汽的軸向激振力，此力會直接傳遞至導向套，從而使門桿的連接螺紋不受激振力的作用，因為連接螺紋部位是更易發生損壞的應力集中點，這樣就防止了螺紋的疲勞損壞。實際情況并非如此，6個高調門不同程度存在不符合技術要求的現象，即冷態時回裝門桿，施加152N*M扭力矩后，門桿橫銷孔與導向套橫銷孔發生了錯位現象，橫銷無法順利裝入。為了能順利安裝橫銷，必須要將門桿輕微旋退，如果按照橫銷孔錯位2mm、門桿連接螺紋為M50*2計算，門桿需要退出約0.025mm，即門桿頭與導向套存在0.025mm的間隙，這又不符合技術要求的緊力配合。如果檢修人員忽視了裝配技術要求，圖省力而草率地安裝，就會留下安全隱患。
橫銷孔錯位的兩個主要原因：a 零部件出廠時加工尺寸未達到技術精度要求； b
門桿長期運行于高溫、受力狀態下，連接螺紋受拉應力、壓應力、振動疲勞破壞和高溫氧化等影響，表面產生變形、缺損，裝配間隙隨之發生變化。
2.2.5、橫銷變形。橫銷受力后產生輕度彎曲變形，檢修時未予更換，強行安裝時由于不同心橫銷對銷孔邊緣產生較大的擠壓力，銷孔邊緣受力狀態進一步惡化，開裂的可能性急劇增大。
2.2.6、沖擊應力。機組在大小修后期經常做DEH混防試驗、大聯鎖試驗、開機時做超速試驗以及運行中緊急停機，高調門都會在0.3～0.5秒內迅速關閉，設計上由于高調門門桿與閥碟之間不存在(如高壓主汽門閥芯內部安裝的)緩沖彈簧結構，使得門桿受到多次強烈撞擊，門桿頭的沖擊應力尤為嚴重，進一步加劇了橫銷孔的裂損。
3、對策：更換新門桿。鑒于舊導向套的橫銷孔如果再次打孔有可能內徑被鉆頭擴大或鉆頭跑偏使橫銷孔作廢，導致橫銷的裝配尺寸不符合要求，決定重新加工橫銷孔，位置在原孔下方20mm處，新門桿與導向套冷態安裝后鉆孔加工一次完成。
4、事件的發展
4.1、2003年4月8日，運行人員發現#1機#4高調門就地閥門有開度(主控監視屏幕顯示LVDT閥門開度反饋有指示)，關閉指令發出后閥門卻無響應，懷疑執行機構的伺服閥發生故障，要求檢修人員處理。機檢人員關閉進油截止門，發現油動機并不隨之關閉，再打開快速卸載閥卸油，油動機仍然不關閉，當檢查汽側執行機構時意外發現#4高調門門蓋上有一根銷子，確認門桿與導向套的橫銷脫出，門桿發生自旋轉后脫離導向套向下運動關閉進汽。
4.2、原因分析
4.2.1、橫銷安裝后必須在橫銷孔兩端用樣沖封鉚，由于門桿套的材質硬度高，封鉚困難，封鉚點變形量小，未能起到很好的封堵作用。
4.2.2、橫銷長度與銷孔的長度相差無幾，封鉚余地小，造成封鉚困難。假如橫銷長于銷孔，則無法封鉚。
4.2.3、導向套銷孔周圍因多次封鉚拆卸，邊緣母材缺損較多，封鉚困難。
4.2.4、關鍵原因是在原裝配設計中，導向套銷孔被其兩側杠桿臂夾持，即從外側觀察銷子，由于杠桿臂的遮蓋，只能看到橫銷截面的一半，其設計思路可以理解為當銷子因各種原因產生松動并企圖向一側移動時，在移動很小的位移后就會碰頂到杠桿臂而停止。大修中重新加工的銷橫孔由于整體下移20mm，橫銷恰恰脫離了杠桿臂的保護，運行中橫銷能夠順利脫出并導致閥桿下移關閉汽門。
5、處理步驟
5.1、機組保持運行狀態、單閥運行方式，負荷限制在220MW以下，關閉#4高調門油動機進油截止門，切斷油路。
5.2、拆除油動機與杠桿臂的聯結銷子，先用千斤頂支起杠桿臂，并在蓄壓彈簧下部間隙內塞入合適的墊塊(方鋼)。
5.3、拆下拉彈簧，再撤去千斤頂，拆卸杠桿臂與導向套以及后支座的聯結銷子，拆下杠桿臂，使導向套完全裸露。
5.4、由于閥蝶在關閉狀態，閥前后存在巨大的蒸汽壓力差，閥蝶被緊緊壓在底口上，門桿也不會輕易運動，這時順時針旋轉導向套直至銷子孔對位，回裝銷子并電焊封點牢固，恢復其余的聯結。
5.5、嚴密監視負荷變化，打開油動機進油截止門，#4高調門投入運行，撤去蓄壓彈簧下部的墊塊。
6、反思
6.1、檢修人員對設備的結構及原理必須要有全面的理解和掌握，要求具體到每一個細節問題。任何對設備(尤其是進口或引進國外技術生產的產品)的更改或者變動都必須經過專業技術人員的論證后才能進行，任何未經過技術論證的行為都會付出不應有的代價。
6.2、完善的高調門檢修工藝是保證其長期安全運行的前提條件，其中人員素質占有主導地位。進一步加強檢修人員的技術培訓工作，提高整體的技能水平，應是目前的重要關注點，只有這樣才能確保設備的檢修質量。
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