劉建軍

（寶鋼集團八鋼有限公司能源中心熱力分廠，新疆 烏魯木齊 830022）

0 引言

調(diào)節(jié)汽輪機的功率，主要通過改變進入汽輪機的蒸汽流量來實現(xiàn)，完成這個任務(wù)的機構(gòu)稱為配汽機構(gòu)，它由調(diào)節(jié)汽閥和帶動它的傳動機構(gòu)兩部分組成。為保證汽輪機安全經(jīng)濟運行，調(diào)節(jié)汽閥要滿足能自由啟閉不卡澀、不漏汽，流量特性好，不易損壞工作可靠等要求。因此，對調(diào)節(jié)汽閥斷裂原因進行研究，對提高背壓發(fā)電機組的安全運行有很大意義。

1 背壓發(fā)電機組概況及閥桿斷裂事故重現(xiàn)

八鋼公司熱力廠投運有一臺單缸、中壓、沖動式背壓發(fā)電機組，機組型號為B12～3.43/0.981.機組主運行參數(shù)如下：額定主汽壓力為3.43MPa，額定主汽溫度為435℃，排汽壓力為0.981MPa，機組最大進氣量217t/h，背壓壓力調(diào)節(jié)范圍為0.6～1.2MPa 之間。汽輪機配汽主要有7 只調(diào)節(jié)汽閥調(diào)整。

背壓機組在正常運行過程中突然跳機，查后臺綜保裝置顯示“發(fā)變組故障非電量保護”動作跳機，當時機組電負荷為9MW，進汽量190t/h，調(diào)節(jié)汽門閥位95%。對機組跳機前運行參數(shù)、設(shè)備現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)除該機組南側(cè)調(diào)節(jié)汽閥閥桿斷裂外，其余狀態(tài)均正常。

現(xiàn)場拆解調(diào)節(jié)汽閥組件，發(fā)現(xiàn)機組北側(cè)閥桿在汽缸進汽室內(nèi)部發(fā)生了斷裂（閥桿斷面見圖1、圖2）。確定了機組跳機本因為高調(diào)門閥芯整體下落關(guān)閉，機組進汽中斷造成非電量保護動作跳機，閥桿更換后開機正常。

圖1

圖2

2 調(diào)節(jié)汽閥閥桿斷裂常規(guī)檢查

2.1 通過對對斷裂部位的檢查，發(fā)現(xiàn)南側(cè)閥桿斷口為閥桿與上部連接塊絲扣連接處的最后一扣，北側(cè)閥桿斷口為閥桿與進汽室內(nèi)閥梁絲扣連接處的第一扣。兩處斷裂的部位均為閥桿的截面突變部位，該部位在結(jié)構(gòu)上屬于應(yīng)力集中的位置，相對于其它部位更容易發(fā)生斷裂。

2.2 觀察南側(cè)閥桿斷口斷面，發(fā)現(xiàn)在斷面上有一半為舊斷口，一半為新斷口，舊斷口面上有明顯的相互擠壓、摩擦痕跡。而觀察北側(cè)閥桿斷口，因斷裂處處于進汽室，受高溫蒸汽作用已不能判斷此斷面是否有舊的斷裂痕跡，但通過斷口沒有材料相互擠壓的摩擦痕跡來看，可確定為一次性斷裂。

2.3 使用手持式光譜儀對兩根斷裂閥桿進行化學(xué)元素檢測，具有合金成分。聯(lián)系廠家確認此閥桿使用材質(zhì)為35CrMo，符合GB8732-2004《汽輪機葉片用鋼》標準要求。

4 調(diào)節(jié)汽閥閥桿斷裂原因分析

閥桿斷裂的原因是多方面的，通過常規(guī)檢查排除了閥桿材質(zhì)和性能原因，主要結(jié)合調(diào)節(jié)閥的運行情況、閥桿加工、應(yīng)力集中等情況進行分析。

3.1 應(yīng)力集中

高壓調(diào)節(jié)汽門閥桿根部螺紋處的直徑與閥桿相同，螺紋根部加工尖角較嚴重，此變截面處形成了較大的應(yīng)力集中部位，這是閥桿從這一部位斷裂的直接原因。從該機組南北斷面情況來看，因背壓機組運行工況變化頻繁，長期在交變應(yīng)力情況下運行，南側(cè)閥桿率先出現(xiàn)裂紋，當完全斷裂后，北側(cè)的閥桿因承受不住高調(diào)門閥梁加上7 個閥芯大約在200～250kg 的總質(zhì)量，而突然折斷。最終導(dǎo)致整組閥芯下落，機組跳機。

3.2 閥桿共振

因受新疆冬、夏兩季熱用戶變化大的情況影響，背壓機組在供暖期結(jié)束后就進入到低負荷狀態(tài)下運行，高壓調(diào)節(jié)汽門一直在較大的節(jié)流狀態(tài)下工作。汽流進入高壓調(diào)節(jié)汽門時在閥體內(nèi)產(chǎn)生擾動，汽流通過汽閥受阻后形成漩渦。當汽流的脈動壓力頻率和閥桿的固有頻率一致時，將產(chǎn)生共振。共振發(fā)生時閥碟會有強烈的橫向和縱向振動，造成了閥桿的竄動、偏斜或旋轉(zhuǎn)。該閥桿斷裂前機組保持低負荷運行時間長達六個月之久，極易造成閥桿的長期低頻振動，使閥桿端部螺紋這一應(yīng)力集中部位產(chǎn)生疲勞紋源，從而在不斷擴展中最終閥桿斷裂。

3.3 氮化處理

制造廠家在閥桿表面熱處理時，一般采用通過氮化處理的方式將閥桿的耐磨性能和整體抗疲勞性能提高。但是閥桿經(jīng)過氮化處理后，脆性較大，而且氮化處理是整個閥桿表面進行的，沒有考慮到閥桿絲扣處因變徑及螺紋尖角造成的應(yīng)力集中，因此機組低負荷下閥桿發(fā)生振動時，此處易發(fā)生斷裂。

4 防范對策

4.1 在不調(diào)整調(diào)節(jié)汽門重疊度的情況下，采取手段增加熱用戶負荷。八鋼公司新上低溫余熱發(fā)電項目，使該機組負荷能力從3MW 提升到8MW 左右，改變了機組處于低負荷運行的狀態(tài)。

4.2 與制造廠家聯(lián)系，適當增大閥桿根部螺扣部位的直徑，盡量避免避免閥桿各變徑部位及螺紋根部出現(xiàn)尖角，并盡量降低各部位表面粗糙度，改善整個閥桿的應(yīng)力集中情況。

4.3 從生產(chǎn)操作上提高運行控制要求，對機組運行參數(shù)調(diào)整細化，減小機組負荷增減幅度。在機組年修時對汽輪機閥桿等零部件的截面突變部位重點檢查，做好提前量工作。

5 結(jié)束語

高壓調(diào)節(jié)汽門閥桿斷裂，輕則影響機組發(fā)電和供熱，增加機組檢修費用和工作量，重則若因高壓調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉不嚴，則會發(fā)生汽輪機超速飛車危險。因而必須引起生產(chǎn)足夠的重視，在設(shè)置上要緊密結(jié)合機組特性，系統(tǒng)全面地考慮各種可能因素，同時要加強機組各環(huán)節(jié)的維護，以確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，避免此類事故的發(fā)生。

［1］專著：遼寧省電力工業(yè)局,編.汽輪機運行[M].北京:中國電力出版社,2003.10.

［2］GB8732-2004 技術(shù)標準:汽輪機葉片用鋼[S].