王恩來，樂聯(lián)敏

（1.上海上電電力工程有限公司，上海 200090；2.上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200137）

1 900MW機(jī)組概況

上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱外高橋第二發(fā)電廠）6號(hào)機(jī)組（900MW），系德國(guó)Siemens AG公司制造。采用超臨界壓力、單軸、四缸四排汽、中間再熱凝汽式機(jī)組。中壓缸為整體組裝，汽輪機(jī)部分的缸體水平對(duì)分具有雙缸體構(gòu)造；反動(dòng)式、雙流2×13級(jí)反動(dòng)級(jí)，每側(cè)包括1級(jí)低反動(dòng)度葉片和12級(jí)扭葉片，共26級(jí)葉片。中聯(lián)門由中壓主汽門與中壓調(diào)門兩部分閥殼合為一體，中聯(lián)門安裝在中壓缸兩側(cè)，中聯(lián)門與汽缸通過法蘭直接相連無導(dǎo)氣管；閥門支撐于彈簧支架上對(duì)汽缸附加力較小。中壓主汽門與中壓調(diào)門采用液壓調(diào)節(jié)的油動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，閥門動(dòng)態(tài)控制性能好。高壓高溫的再熱蒸汽通過進(jìn)汽通道從中壓主汽門進(jìn)入中壓調(diào)節(jié)門，再通過擴(kuò)散嘴進(jìn)入中壓缸內(nèi)缸，如圖1所示。

2 中聯(lián)門及中壓缸運(yùn)行狀況

6號(hào)機(jī)組自2004年10月投運(yùn)以來，共進(jìn)行B級(jí)檢修2次，C級(jí)檢修5次，機(jī)組運(yùn)行情況正常。2012年9月3日至11月22日，進(jìn)行投運(yùn)后的第三次B級(jí)檢修。

圖1 中聯(lián)門結(jié)構(gòu)

2.1 中聯(lián)門運(yùn)行狀況

1）檢查中壓調(diào)門 解體中壓調(diào)門A，發(fā)現(xiàn)材質(zhì)為司太利合金的閥座硬質(zhì)合金密封面全周有多處裂紋，如圖2所示。輕敲合金密封面有明顯脫殼聲。解體中壓調(diào)門B，發(fā)現(xiàn)在閥座硬質(zhì)合金密封面的5—7時(shí)點(diǎn)位置，有條裂紋長(zhǎng)4～5cm。

圖2 調(diào)門A閥座密封面裂縫

圖3 主汽門A閥座密封面脫落

圖4 主汽門B閥芯密封面脫落

2）檢查中壓主汽門 分別檢查中壓主汽門A、B閥體，發(fā)現(xiàn)中壓主汽門A閥座硬質(zhì)合金密封面幾乎全部脫落，僅剩20cm，閥芯密封面有明顯壓痕現(xiàn)象，如圖3所示。中壓主汽門B閥座硬質(zhì)合金密封面全部脫落，閥芯硬質(zhì)合金密封面全部脫落，閥芯損壞嚴(yán)重，如圖4所示。在中壓主汽門A腔室和B腔室中，沒有找到脫落的硬質(zhì)合金密封面碎片。使用內(nèi)窺鏡從中低壓聯(lián)通管法蘭孔進(jìn)入中壓缸內(nèi)缸與外缸間，發(fā)現(xiàn)中壓缸內(nèi)缸進(jìn)汽道的首級(jí)靜葉與第一級(jí)動(dòng)葉表面損傷嚴(yán)重。

2.2 中壓缸運(yùn)行狀況

1）檢查動(dòng)葉 吊離中壓缸上缸后，發(fā)現(xiàn)第一級(jí)動(dòng)葉（全周）受硬質(zhì)合金密封面碎片撞擊，損壞較為明顯，葉片表面呈現(xiàn)不規(guī)則細(xì)小凹坑，深度為0.1～0.5mm。金屬碎片嵌入動(dòng)葉與葉頂圍帶，如圖5所示。金屬碎片大小不均，顆粒度重約0.01～1.50g。第二級(jí)動(dòng)葉表面（全周）受金屬碎片撞擊，呈現(xiàn)分散的少量輕微損傷點(diǎn)。自第三級(jí)動(dòng)葉起至末級(jí)（第十三級(jí)）動(dòng)葉，受金屬碎片撞擊損壞不明顯。檢查發(fā)現(xiàn)，末級(jí)動(dòng)葉圍帶、次末級(jí)動(dòng)葉圍帶（全周）有輕微磨損翻邊。

圖5 第一級(jí)動(dòng)葉損壞嚴(yán)重

圖6 首級(jí)靜葉隔板縫內(nèi)嵌有碎片

2）檢查靜葉 吊離轉(zhuǎn)子后檢查中壓缸下半部分，發(fā)現(xiàn)首級(jí)靜葉隔板縫隙內(nèi)（全周）多處嵌有不規(guī)則硬質(zhì)合金密封面碎片，如圖6所示。首級(jí)靜葉（全周）受金屬碎片撞擊損壞明顯，而且首級(jí)靜葉多處磨損與撕裂并呈現(xiàn)靜葉流道變形現(xiàn)象，如圖7所示。從第二級(jí)靜葉起至末級(jí)（第十三級(jí)）靜葉受金屬碎片撞擊損壞不明顯。末級(jí)靜葉圍帶（全周）有輕微磨損翻邊。

圖7 首級(jí)靜葉磨損、撕裂及流道變形

3 首級(jí)靜葉和第一級(jí)動(dòng)葉損傷分析

1）葉片損傷嚴(yán)重 中壓缸第一級(jí)動(dòng)葉材質(zhì)主要是12%Cr鋼（壓延、鍛造），首級(jí)斜置靜葉材質(zhì)是 X12CrMoWVNbN10－1－1。中壓主汽門 A閥座和B閥座硬質(zhì)合金密封面脫落、中壓主汽門B閥芯硬質(zhì)合金密封面脫落，碎片進(jìn)入中壓缸進(jìn)汽流道是造成中壓缸首級(jí)靜葉與第一級(jí)動(dòng)葉損傷的直接原因。

2）密封面內(nèi)外溫差較大 機(jī)組解列24h后，當(dāng)主蒸汽壓力、再熱蒸汽壓力小于0.15MPa，高壓進(jìn)口管道蒸汽溫度小于370℃，中壓缸內(nèi)缸金屬壁溫小于400℃時(shí)，投入快冷裝置。此時(shí)，中壓調(diào)門、中壓主汽門閥座的溫度約為400℃，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度約為28℃，閥座硬質(zhì)合金密封面內(nèi)外溫差約為350℃。較大的溫差應(yīng)力引起合金密封面與閥體（閥芯）焊縫處產(chǎn)生裂縫和起殼，最終導(dǎo)致硬質(zhì)合金密封面碎片掉落，隨再熱蒸汽進(jìn)入中壓缸進(jìn)汽道，損傷中壓缸首級(jí)靜葉與第一級(jí)動(dòng)葉。

3）密封面與閥體面的焊融不佳 針對(duì)中壓調(diào)門A閥座硬質(zhì)合金密封面焊縫面呈現(xiàn)多處裂紋和起殼問題，對(duì)取下的部分硬質(zhì)合金密封面材料樣品進(jìn)行材質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)合金密封面與閥體表面的焊接融合度不良。而垂直安裝的中壓主汽門閥座，在液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用下以及閥芯自重作用關(guān)閉時(shí)的向下撞擊力非常大，使得發(fā)生裂紋的硬質(zhì)合金密封面加速老化和碎裂，隨著再熱蒸汽進(jìn)入中壓缸進(jìn)汽道沖刷首級(jí)靜葉與第一級(jí)動(dòng)葉。

4）合金材質(zhì)的硬度偏高 將中壓調(diào)門A內(nèi)取出的一塊硬質(zhì)合金密封面碎片作為堆硬層小樣，厚約5mm，寬約60mm，對(duì)異種合金材料焊接進(jìn)行光譜分析，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 光譜分析結(jié)果

由硬質(zhì)合金密封面（堆硬層）和閥座（基體）分離面的形貌宏觀檢驗(yàn)表明，堆硬層與基體的分離不是一般斷裂，而是一種剝落，說明堆硬層和基體融合度不好。標(biāo)準(zhǔn)Stellite 21（司太利合金粉末）硬度為HRC28，而硬質(zhì)合金密封面（堆硬層）的實(shí)測(cè)硬度為維氏顯微硬度，接近500（合HRC45以上），這一檢測(cè)結(jié)果說明硬質(zhì)合金材質(zhì)的硬度較高，這可能與機(jī)組停服役過程中，中壓主汽門閥座與閥芯的撞擊硬化有關(guān)。

4 檢修與處理

1）剔除撞擊粘連在第一級(jí)動(dòng)葉汽道與圍帶處的合金密封面碎片，剔除嵌入靜葉與隔板縫隙內(nèi)合金密封面碎片，避免殘余金屬碎片在機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)掉落損傷后級(jí)動(dòng)葉與靜葉。為了防止粘連的金屬碎片在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)掉落，可能引起中壓缸轉(zhuǎn)子失去平衡，產(chǎn)生振動(dòng)，影響機(jī)組安全運(yùn)行，對(duì)中壓缸第一級(jí)動(dòng)葉根部表面做超聲波探傷，對(duì)第一級(jí)動(dòng)葉表面（全周）做著色探傷。

2）為了降低因第一級(jí)動(dòng)葉表面受金屬碎片撞擊影響以及首級(jí)斜置靜葉變形，在處理過程中為了保證噴嘴端壁面的幾何形狀以及調(diào)節(jié)級(jí)和第一級(jí)噴嘴與動(dòng)葉相對(duì)距離，使用微型合金磨頭打磨首級(jí)靜葉表面裂紋處，在打磨撕裂部分做圓滑過渡處理并進(jìn)行著色探傷。

3）打磨末級(jí)動(dòng)葉圍帶、次末級(jí)動(dòng)葉圍帶翻邊處；打磨末級(jí)靜葉圍帶翻邊處。

4）處理中壓缸首級(jí)靜葉和第一級(jí)動(dòng)葉的原則，是不改變Siemens AG公司設(shè)計(jì)制造將蒸汽中顆粒軌跡作為密度和速度的函數(shù)進(jìn)行模型分析后制作的流道幾何形狀，減少高溫高壓蒸汽在中壓缸第一級(jí)動(dòng)葉流道內(nèi)動(dòng)能損失、首級(jí)靜葉流道內(nèi)渦流損失。

5 預(yù)防措施

1）措施一 機(jī)組運(yùn)行和調(diào)停時(shí)，要密切注意中壓主汽門和中壓調(diào)門再熱蒸汽流量的變化趨勢(shì)，切實(shí)做好對(duì)應(yīng)閥門再熱蒸汽泄漏量的記錄。在機(jī)組檢修期間，要對(duì)泄漏量較大的中壓主汽門、中壓調(diào)門，檢查其閥座與閥芯硬質(zhì)合金密封面的密封度、是否起殼、著色探傷、檢查有無裂紋等安全狀況。要及時(shí)處理?yè)p壞的合金密封面，避免碎片隨再熱蒸汽沖入中壓缸進(jìn)汽道損傷動(dòng)葉與靜葉。

2）措施二 機(jī)組停役后，快冷裝置的投用除嚴(yán)格控制再熱蒸汽壓力小于0.15MPa，高壓進(jìn)口管道蒸汽溫度小于370℃，中壓缸內(nèi)缸金屬壁溫小于400℃的同時(shí)，快冷裝置投用開始時(shí)真空泵空氣抽吸量調(diào)節(jié)控制真空度要小于或等于50%，避免低溫空氣大量進(jìn)入，引起閥座硬質(zhì)合金密封面內(nèi)、外過大溫差應(yīng)力，產(chǎn)生裂紋與起殼。

6 結(jié)語(yǔ)

由于超臨界900MW汽輪機(jī)中壓缸首級(jí)靜葉和第一級(jí)動(dòng)葉的備品制造較長(zhǎng)，故這次B級(jí)檢修未能從根本上解決中壓缸首級(jí)靜葉和第一級(jí)動(dòng)葉損傷問題。外高橋第二發(fā)電廠已經(jīng)與德國(guó)Siemens AG制造商進(jìn)行積極商務(wù)與技術(shù)洽談，設(shè)備部已經(jīng)著手制訂詳細(xì)機(jī)組檢修計(jì)劃，實(shí)施中壓缸首級(jí)靜葉和第一級(jí)動(dòng)葉的更換準(zhǔn)備工作。