丁勇能 朱偉雄

作者通聯(lián)：杭州華電半山發(fā)電有限公司 浙江杭州市拱康路200號 310015

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杭州華電半山發(fā)電有限公司的STAG109FA 390MW單軸聯(lián)合循環(huán)機組，是目前國內(nèi)大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組之一，由美國通用電氣（GE）公司提供設(shè)備。2號燃?xì)廨啓C組在調(diào)停后正常啟動，當(dāng)機組負(fù)荷280MW時，汽輪機主蒸汽壓力升高至10MPa，比正常偏高2MPa；主蒸汽流量238t/h，比正常減少8t/h。此后機組無法在正常主汽壓力、主汽流量下滿足額定負(fù)荷要求，機組負(fù)荷只能維持在300MW左右。通過檢查，判斷是主蒸汽截止和控制閥（MSCV）閥座密封面脫落，引起汽輪機高壓部分通流部件損壞。

一、主蒸汽截止和控制閥結(jié)構(gòu)和功能

MSCV是一只組合閥門，它們裝設(shè)在一只共同的閥體內(nèi)，控制閥的閥碟位于截止閥的閥碟之上，并包裹著截止閥的閥碟。但是，截止閥和控制閥均有相互獨立的運動部件和液壓執(zhí)行機構(gòu)，確保設(shè)備的可靠性。圖1為主蒸汽截止和控制閥體剖面圖。

控制閥的主要功能是進行速度和負(fù)荷控制，是防止超速的第一道防線，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速升到超過規(guī)定的數(shù)值時控制閥被強制全關(guān)。在正常啟停機狀態(tài)下，根據(jù)電液控制系統(tǒng)的電信號，用伺服閥來操縱控制閥，來防止汽輪機的超速；在故障跳機狀態(tài)下，控制閥的最終12%行程的關(guān)閉力由彈簧和不同流量時蝶閥的壓力降提供。正常運行時控制閥在全開位置，汽輪機的主蒸汽參數(shù)由鍋爐側(cè)控制。

圖1 主蒸汽截止和控制閥體剖面圖

截止閥的主要功能完全是為了在事故狀態(tài)下提供應(yīng)急保護，是在正常轉(zhuǎn)速控制裝置故障時提供第二道防線，它是緊急跳閘系統(tǒng)的一部分。由獨立的液壓執(zhí)行機構(gòu)控制截止閥的全開或全關(guān)。在有跳機信號時，全關(guān)該閥門。

二、主蒸汽截止和控制閥損壞情況

在將MSCV解體后，目視檢查發(fā)現(xiàn)控制閥閥座的密封面有金屬部件缺失和較多的裂紋（圖2）。同時檢查了控制閥的閥芯和截止閥的閥座、閥芯，均未發(fā)現(xiàn)圖2的情況?？刂崎y閥座密封面缺失的金屬部件無阻礙的進入了汽輪機高壓透平側(cè)，沖擊汽輪機高壓前幾級的靜葉片和動葉片，從而造成靜葉片和動葉片的損壞，葉片的正常流道被破壞。這是機組未能帶滿負(fù)荷的主要原因。圖3、4所示，為靜葉片和動葉片的損傷情況。

查閱資料可知，控制閥閥座表面有鎢鉻鈷合金嵌體，通過特殊的鑲嵌工藝嵌在控制閥的閥座上，以保持與截止閥的密封表面緊密。通過PT（Penetrate Testing）滲透檢測/滲透探傷檢查，表明鎢鉻鈷合金與母材界面有多處裂紋，裂紋蔓延的本性說明存在附加應(yīng)力，一旦發(fā)生裂紋，它通常沿著鎢鉻鈷合金與母材之間較硬的混合層蔓延。裂紋產(chǎn)生和鎢鉻鈷合金脫落有四個方面的原因。

（1）有疏水從主蒸汽導(dǎo)氣管或閥座的疏水口倒流入閥門，沉積在閥門密封盤上疏水孔側(cè)。在機組啟動時，大量的新蒸汽進入MSCV，在流經(jīng)控制閥閥座時，閥座受熱膨脹，但由于閥座疏水孔側(cè)存有積水，相對密封面?zhèn)葴厣黠@較慢，結(jié)果密封面?zhèn)扰蛎涊^快，疏水孔側(cè)膨脹較慢，密封面?zhèn)龋ㄦu鉻鈷合金嵌體）受到附加的拉應(yīng)力；在機組停機時，情況剛好相反，密封面?zhèn)扰蛎浭湛s較快，疏水孔側(cè)收縮較慢，密封面?zhèn)仁艿礁郊拥膲簯?yīng)力。

圖2 主蒸汽截止閥閥座密封面PT檢查

圖3 第一級靜葉片損壞情況

圖4 第一級動葉片損壞情況

如果閥座的疏水管道布置不合理或疏水排放不及時，在機組啟停過程中閥座的鎢鉻鈷合金嵌體會受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的交變作用。對需要日開夜停的調(diào)峰機組，這種交變應(yīng)力的存在對閥座鎢鉻鈷合金嵌體的鑲嵌工藝提出了更高的要求。而事實上，由于電網(wǎng)和天然氣網(wǎng)的問題，目前大部分燃?xì)鈾C組無法實現(xiàn)長期連續(xù)運行。

（2）出現(xiàn)機組故障跳機情況，運行操作不當(dāng)，在關(guān)閉控制閥過程中，超出控制閥每次操作≤10%行程的要求，控制閥均會自動全關(guān)，這時液控裝置在控制閥達到最終12%行程的時候已經(jīng)提前泄壓完成，控制閥最后12%行程將由彈簧和蒸汽在碟閥上下的壓力降提供，實現(xiàn)快速關(guān)閉，對閥座的鎢鉻鈷合金嵌體產(chǎn)生額外沖擊。

（3）鎢鉻鈷合金的鑲嵌工藝有缺陷，或者在鑲嵌過程中產(chǎn)生的瑕疵，導(dǎo)致鎢鉻鈷合金與母材的結(jié)合不密實或者夾層。

（4）鎢鉻鈷合金的材料選擇不合理，與母材的熱膨脹系數(shù)不一致，在機組運行過程中受熱后產(chǎn)生附加應(yīng)力。

三、預(yù)防和檢修

由于MSCV的鎢鉻鈷合金脫落是直接進入汽輪機高壓透平，會嚴(yán)重?fù)p害高壓透平靜、動葉片，需要汽輪機開高中壓缸，更換、修理透平靜、動葉片。考慮到從國外采購靜、動葉片等備件的采購周期會非常的漫長，會給電廠帶來巨大的直接損失和不可估量的間接損失。故此類故障因引起電廠的高度重視，建議采取并不限于以下措施：

（1）檢查主蒸汽進口管道和MSCV閥體疏水口和疏水閥。確保疏水口的通暢，和疏水閥可正常啟閉，檢查疏水管道的斜度是否符合安裝要求。同時需要檢查在機組啟停過程中，有關(guān)疏水閥的操作規(guī)范是否符合GE操作和維護手冊的要求，并得到有效的執(zhí)行。

（2）在常規(guī)MSCV維護過程中，對閥座必須進行目視檢查和PT或超聲波檢查。任何鎢鉻鈷有裂縫或缺失的情況都必須更換閥座。一般對連續(xù)運行機組，結(jié)合CI（Combustion Inspection）燃燒室檢查（相當(dāng)于國內(nèi)的小修級別，一般8000當(dāng)量運行小時一次），對MSCV閥座進行檢查，如果是日開夜停或者頻繁啟停的機組，檢查周期需要進一步的縮短。

（3）加強機組的運行管理，提高運行操作水平，尤其是在關(guān)閉控制閥的時候，必須嚴(yán)格的按照操作規(guī)程執(zhí)行，杜絕超10%量程的操作，減少對閥座鎢鉻鈷合金嵌體的沖擊。

（4）加強對備用閥座的管理。閥座的鎢鉻鈷合金嵌體是可修復(fù)的。對新采購或修復(fù)的閥座，必須進行目視檢查和PT或超聲波檢查，確保質(zhì)量。

（5）一旦發(fā)生閥座密封面脫落，從而損壞高壓透平。機組應(yīng)盡快停機，隨著時間的推移，損壞的高壓透平部件有可能失效或固定在隔板上的部件可松動，造成附加損失。