5　汽輪機(jī)配汽機(jī)構(gòu)
超臨界壓力汽輪機(jī)的配汽系統(tǒng)的主要部件由高壓缸和中壓缸的主汽閥和調(diào)節(jié)閥、中壓缸的排汽閥及連接管道組成。在伊敏電廠的運(yùn)行實(shí)踐中，由于汽輪機(jī)配汽機(jī)構(gòu)在超臨界參數(shù)下長(zhǎng)期運(yùn)行，出現(xiàn)高壓主汽閥及高壓調(diào)節(jié)閥卡澀、高壓調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧振動(dòng)、高壓調(diào)節(jié)閥門振動(dòng)等現(xiàn)象。
高壓主汽閥和調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生卡澀的主要原因：一是在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中閥桿在高溫下氧化皮增厚使閥桿與閥套間隙變小導(dǎo)致卡澀引發(fā)閥門不能正常開啟或關(guān)閉；二是閥門的彎曲值超標(biāo)，閥桿與閥套局部磨擦導(dǎo)致卡澀；三是在閥門尤其是主汽閥長(zhǎng)期在全開位工作時(shí)在高溫作用和液壓驅(qū)動(dòng)力作用下閥桿內(nèi)產(chǎn)生很大的拉伸力，在止推面上產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力，這樣可能會(huì)使閥桿產(chǎn)生塑性變形，閥門活動(dòng)部分與靜止部分產(chǎn)生擴(kuò)散性摩擦燒傷，這種損傷可以使閥頭落至閥座止推塊之前就被卡住造成卡澀。在汽輪機(jī)工作時(shí)，應(yīng)周期性地來(lái)回緩慢移動(dòng)主汽閥，緩慢移動(dòng)主汽閥的主要目的是使閥頭從上部止推平面脫離，制止零件擴(kuò)散性摩擦燒傷的情況發(fā)生。同時(shí)對(duì)于閥門門桿在大修重要監(jiān)察門桿彎曲度，并對(duì)門桿的氧化皮增厚程度進(jìn)行檢查，門桿的滲氮層的硬度也要進(jìn)行校核。
高壓調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧振動(dòng)與高壓調(diào)節(jié)閥門振動(dòng)原因相同，其主要原因是在閥門開啟到一定開度下，以及蒸汽經(jīng)閥門的流速大于音速的一半時(shí)，閥門將經(jīng)受強(qiáng)烈的振動(dòng)載荷，這是由于汽流在閥后引起紊流所造成的。在閥后汽流是不穩(wěn)的，甚至局部失壓，直接在閥碟底部下面由于陰影效應(yīng)而形成相對(duì)失速。不穩(wěn)定壓力場(chǎng)同蝶閥相互作用引起高頻脈沖，閥的脈沖作用到自身的閥桿上，產(chǎn)生變向應(yīng)力，引起閥桿的縱向和橫向變形，產(chǎn)生振動(dòng)，這時(shí)，最大的危險(xiǎn)是來(lái)自干擾力的頻率同閥桿自身頻率重合，這將導(dǎo)致閥桿快速疲勞而斷裂。實(shí)際上，在伊敏電廠2004年12月7日發(fā)生的#1機(jī)組#1高調(diào)門脫落事件，就是此原因引發(fā)，按設(shè)計(jì)閥門應(yīng)能夠承受汽流產(chǎn)生的力，但在檢查中發(fā)現(xiàn)，高壓調(diào)節(jié)門在系統(tǒng)改造后，汽門門桿與油動(dòng)機(jī)連接件存在間隙（3mm-4mm），使得門桿撞擊油動(dòng)機(jī)連接件的力量加大，門桿受拉伸應(yīng)力的程度也就加大，門桿受損嚴(yán)重，導(dǎo)致了嚴(yán)重的后果。同時(shí)閥門的振動(dòng)通過(guò)閥桿和油動(dòng)機(jī)傳動(dòng)桿傳到彈簧處，使得彈簧發(fā)生振動(dòng)異音。此外，閥門在開啟過(guò)程中，作用在閥桿上的力會(huì)改變自己的方向，在達(dá)到某一位置時(shí)，沿閥桿軸向作用在閥桿上的蒸汽綜合力為零，但這時(shí)閥頭和閥桿不是對(duì)等卸荷的，這種由于作用力方向變化而達(dá)到的平衡狀態(tài)通常是在閥門行程達(dá)40-50全行程時(shí)發(fā)生的。這時(shí)，雖然均衡作用力為零，但閥門沿位移的力的導(dǎo)數(shù)不為零，而有相當(dāng)大的數(shù)值，根據(jù)位移的力的導(dǎo)數(shù)當(dāng)量于彈簧的剛度，在此彈簧上掛有閥門零件并產(chǎn)生擺動(dòng)，造成彈簧振動(dòng)。對(duì)力的平衡可理解為閥門抬起機(jī)構(gòu)的外部連接部分與驅(qū)動(dòng)部分此時(shí)已卸荷了，但在閥桿止推推快上作用著閥桿與相對(duì)閥桿有移動(dòng)可能的零件間的封閉力，此作用力不可能小于閥桿推開力，這時(shí)閥的平衡是不穩(wěn)定的，甚至汽流壓力稍有變化就能引起閥門的移動(dòng)。研究結(jié)果表明，閥門在此位置時(shí)有縱向振動(dòng)，其頻率為400-600Hz，這對(duì)零件有損害。針對(duì)閥門可能發(fā)生的這些問(wèn)題，在閥門出廠前應(yīng)進(jìn)行空氣動(dòng)力試驗(yàn)，試驗(yàn)合格的閥門才能應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)，在安裝時(shí)也應(yīng)考慮調(diào)門后管道特性，各連接件的間隙也應(yīng)符合工藝要求。
6　主要檢修策略介紹
6.1　易沖刷部分的管道周期性測(cè)厚檢查
伊敏電廠利用機(jī)組大、小修期間，對(duì)易沖刷部分管道進(jìn)行測(cè)厚檢查，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和幾年來(lái)積累的經(jīng)驗(yàn)確定檢查周期，沖刷嚴(yán)重部位每年檢測(cè)一次，其他部位進(jìn)行常規(guī)檢查，在一個(gè)大修期內(nèi)（四年內(nèi)）做到全部檢查一遍，為防止管道泄漏做到心中有數(shù)。檢查的重點(diǎn)部件是：（1）鍋爐受熱面經(jīng)常受機(jī)械和飛灰磨損部件（如穿墻管、懸吊管、管卡處管子和省煤器、水平煙道內(nèi)過(guò)熱器上部管段、臥式布置的再熱器等）；（2）易因膨脹不暢而拉裂的部位（如水冷壁四角管子、燃燒器噴口和孔、門彎管部件的管子、工質(zhì)溫度不同而連在一起的包墻管、包煙、風(fēng)道滑動(dòng)面聯(lián)接處的管子等）；（3）受水力或蒸汽吹灰器的水（汽）流沖擊的管子及水冷壁或包墻管上開孔裝吹灰器部位的近鄰管排；（4）屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器和高溫再熱器等有經(jīng)常超溫記錄的管排。檢查的重點(diǎn)項(xiàng)目是：（1）包墻過(guò)熱器鰭片焊口咬邊及頂棚過(guò)熱器對(duì)接焊口檢查；（2）一、二級(jí)屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器內(nèi)圈吹灰器附近磨損部位；（3）爐外小管一次門前焊口、彎頭磨損檢查；（4）檢查低溫再熱器懸吊管根部是否有異常情況。
6.2　材質(zhì)選用及焊接要求及金屬檢驗(yàn)要求
超臨界機(jī)組高壓蒸汽管道、過(guò)熱器、再熱器、水冷壁、聯(lián)箱等部件的工作條件相對(duì)較為苛刻，對(duì)材料要求也比較的嚴(yán)格，其常見的典型失效機(jī)制最主要表現(xiàn)為蠕變、疲勞、腐蝕和磨損等。因此，機(jī)組用熱強(qiáng)鋼應(yīng)滿足以下幾個(gè)基本方面的要求：（1）500~600℃的工況下應(yīng)具有足夠高的高溫蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和熱疲勞強(qiáng)度；（2）具有良好的高溫組織穩(wěn)定性；（3）具有良好的高溫抗氧化性，耐腐蝕性；（4）具有良好的冷加工性能和焊接性能。
伊敏電廠機(jī)組材質(zhì)規(guī)格復(fù)雜，鍋爐一級(jí)屏式過(guò)熱器材質(zhì)為12Cr1MoV，二級(jí)屏、三級(jí)屏材質(zhì)為12Cr18Ni12Ti，二級(jí)對(duì)流過(guò)熱器、二級(jí)對(duì)流再熱器材質(zhì)為12Cr18Ni12Ti，水冷壁材質(zhì)為12Cr1MoV，一級(jí)對(duì)流再熱器材質(zhì)為12Cr1MoV，一級(jí)對(duì)流過(guò)熱器材質(zhì)為12Cr1MoV，省煤器材質(zhì)為CT20。珠光體耐熱鋼(12Cr1MoV)的焊接特點(diǎn)：由于含有一定量的鉻和鉬以及其他一些合金元素，在焊接熱影響區(qū)具有較大的淬硬傾向，焊后在空氣中冷卻時(shí)，易產(chǎn)生冷裂紋。奧氏體不銹鋼(12Cr18Ni12Ti)的焊接特點(diǎn)：易產(chǎn)生晶間腐蝕和焊接熱裂紋。焊接要求：由于機(jī)組本身特點(diǎn)，溫度高、壓力大，所以伊敏電廠對(duì)焊接工藝要求非常嚴(yán)格。按照《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，施焊前對(duì)焊件打光譜進(jìn)行材質(zhì)鑒定，避免材質(zhì)錯(cuò)用；根據(jù)焊件材質(zhì)正確選用焊接材料；施焊部件坡口兩側(cè)20mm之內(nèi)用角向打磨干凈，露出金屬光澤，坡口角度按規(guī)定在30℃~35℃之間，對(duì)口間隙1.5mm~2mm，鈍邊1mm左右；高壓焊口全部采用全氬弧焊接（小徑薄壁管）或氬弧打底電焊蓋面（厚壁管）；施焊焊工持有相應(yīng)項(xiàng)目的焊接合格證。焊接結(jié)束后進(jìn)行檢驗(yàn)，如有返口，工藝同上。焊工班組建立焊接工藝卡，焊工施焊前填寫工藝卡，時(shí)間、部件名稱、焊工姓名，作為永久資料保存。常規(guī)焊口焊接時(shí)按照焊接工藝卡制定的工藝進(jìn)行焊接，重要部件焊接時(shí)由焊接工程師編寫焊接及熱處理方案，經(jīng)生產(chǎn)副廠長(zhǎng)批準(zhǔn)后進(jìn)行焊接，并進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)督，防止焊工因各種原因出現(xiàn)違反焊接工藝現(xiàn)象。金屬檢驗(yàn)按照《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》規(guī)定的周期和數(shù)量進(jìn)行檢驗(yàn)。大小修過(guò)程中所有新焊高壓焊口全部進(jìn)行檢驗(yàn)，原有焊口按照規(guī)程規(guī)定數(shù)量進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。
6.3　超臨界閥門嚴(yán)密性的重要性及檢修對(duì)策
針對(duì)超臨界閥門泄漏原理不同，分別采取相應(yīng)的檢修策略。
汽機(jī)主汽疏水門、高加疏水門檢修時(shí)提高工藝，確保密封面達(dá)到規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)；機(jī)組啟動(dòng)后加強(qiáng)該類型閥門的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)有內(nèi)漏跡象，及時(shí)搖嚴(yán)；選用高質(zhì)量的最小流量閥，閥門密封副上方加裝專用的迷宮降壓片結(jié)構(gòu)，介質(zhì)在迷宮片內(nèi)逐級(jí)降壓，避免汽蝕；選用高質(zhì)量的電動(dòng)截止閥，并且閥門開關(guān)控制采用力矩開關(guān)，如果只能實(shí)現(xiàn)限位開關(guān)，當(dāng)閥門電動(dòng)關(guān)閉后，及時(shí)手動(dòng)將閥門搖嚴(yán)，保證零泄漏。經(jīng)過(guò)選型采用美國(guó)CCI的最小流量閥后，得到了較好的效果。鍋爐主汽減溫水調(diào)節(jié)門進(jìn)行改造，采用迷宮式調(diào)節(jié)閥，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：⑴迷宮式調(diào)節(jié)閥的芯包采用平穩(wěn)節(jié)流降壓原理，強(qiáng)制流體通過(guò)轉(zhuǎn)角彎道從而限制流體流出芯包后的流速，使得出口壓力平穩(wěn)下降，使流道收縮面后的壓力始終在汽化壓力之上，從而避免了汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，消除了閥瓣和閥座的損傷；⑵芯包盤片出口采用圍堰盤片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，均勻閥瓣周圍壓力，保持閥瓣對(duì)中，上層盤片與下層盤片出口處流體相互作用，降低流體流動(dòng)速度，避免了最下層盤片出口處流體對(duì)閥座的沖刷，從而消除了高壓流體對(duì)閥門可能造成的破壞；⑶迷宮式調(diào)節(jié)閥在閥瓣上設(shè)計(jì)有對(duì)稱孔通過(guò)上部裝有的平衡密封圈來(lái)隔離調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口壓差。由于閥瓣上的平衡孔平衡了閥瓣上下的壓力，這對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的提升力大大降低，從而降低執(zhí)行器的扭矩，延長(zhǎng)了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的壽命。另外，采用迷宮式芯包改變了高壓、高速的流體直接作用于盤根之上，減小了盤根在工作或非工作條件下的的受力情況，延長(zhǎng)了盤根的使用周期；⑷做好檢修維護(hù)。利用各種檢修機(jī)會(huì)對(duì)閥門的盤根，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的檢查，通過(guò)時(shí)間的累積，掌握各種閥門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行周期、盤根使用周期，進(jìn)行定期檢查、檢修。對(duì)于俄供500MW機(jī)組來(lái)說(shuō)，啟動(dòng)后對(duì)閥門法蘭盤，盤根螺栓進(jìn)行“熱緊”非常重要，一般在給水升壓到10Mpa左右進(jìn)行。此階段由于介質(zhì)溫度的不斷升高，相應(yīng)產(chǎn)生膨脹和間隙，這時(shí)候進(jìn)行螺栓緊固將延長(zhǎng)閥門的運(yùn)行周期，提高了閥門的運(yùn)行可靠性。
7　結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行實(shí)踐，伊敏電廠對(duì)俄制500MW超臨界機(jī)組有了一定的認(rèn)識(shí)，對(duì)于機(jī)組出現(xiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行了摸索，并制定了一些解決措施，大部分問(wèn)題得到了解決。但是，由于我們的技術(shù)水平所限，對(duì)于一部分問(wèn)題目前仍然處于摸索階段，需要不斷借鑒國(guó)內(nèi)超臨界機(jī)組的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，依托各級(jí)科研部門的技術(shù)支持，進(jìn)一步管理好伊敏電廠的兩臺(tái)超臨界機(jī)組。
8　參考文獻(xiàn)
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[3]《工程流體力學(xué)》——武漢水利電力大學(xué)許承宣主編
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[5]《超臨界壓力汽輪機(jī)文集》——吳愛(ài)中主編