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電廠過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥的故障原因分析
發(fā)布于：2019/7/26 13:19:47 點(diǎn)擊量：1087
0 引言
火力發(fā)電廠為防止過熱器系統(tǒng)管道超溫，均在過熱器系統(tǒng)上設(shè)置有減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)減溫水流量的大小來控制過熱器管內(nèi)工質(zhì)的溫度。過熱器減溫水系統(tǒng)作為防止超溫主要調(diào)節(jié)手段一直被火力發(fā)電廠所采用，機(jī)組容量的增大，介質(zhì)參數(shù)的提高，相應(yīng)的對于過熱器減溫水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥的要求也越來越高。皖能銅陵發(fā)電有限公司5號機(jī)組鍋爐采用一次中間再熱，單爐膛單切圓燃燒，平衡通風(fēng)，露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架，全懸吊結(jié)構(gòu)塔式布置。主蒸汽參數(shù)壓力為27．9MPa，主蒸汽和再熱蒸汽溫度分別為605℃/605℃。5號鍋爐（1000MW）于2011年5月6日通過168h滿負(fù)荷試運(yùn)行，轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)，是安徽省首臺超超臨界1000MW機(jī)組。
鍋爐的過熱器受熱面布置在爐膛上方，采用臥式布置方式，過熱器系統(tǒng)按蒸汽流向主受熱面分為三級：吊掛管和第一級屏式過熱器、第二級過熱器、第三級過熱器。見圖1。
圖1
來自分離器出口的四根蒸汽管道引入二根第一級過熱器進(jìn)口集箱，經(jīng)由爐內(nèi)懸吊管從上到下引到爐膛出口處的第一級屏式過熱器，進(jìn)入第一級過熱器出口集箱。其中第一級過熱器和第三級過熱器布置在爐膛出口斷面前，主要吸收爐膛內(nèi)的輻射熱量。第二級過熱器布置在第一級再熱器和末級再熱器之間，主要靠對流傳熱吸收熱量。第一、第二級過熱器呈逆流布置，第三級過熱器順流布置。過熱蒸汽系統(tǒng)的汽溫調(diào)節(jié)采用燃料/給水比和兩級八點(diǎn)噴水減溫，在第一級過熱器和第二級過熱器、第二級過熱器和第三級過熱器之間設(shè)置二級噴水減溫并通過兩級受熱面之間的連接管道的交叉，一級受熱面外側(cè)管道的蒸汽進(jìn)入下一級受熱面的內(nèi)側(cè)管道，來補(bǔ)償煙氣側(cè)導(dǎo)致的熱偏差。
1 過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
5號機(jī)組過熱器系統(tǒng)在鍋爐左右兩側(cè)分別布置有Ⅰ級、Ⅱ級噴水減溫裝置，每級左右布置各兩只，共計(jì)8只減溫水調(diào)節(jié)閥，每只調(diào)節(jié)閥前后各裝有一只隔離閥，過熱器噴水的總流量為6%過熱蒸汽流量。減溫水調(diào)節(jié)閥具有良好的調(diào)節(jié)性能，過熱器減溫水水源由給水泵提供，減溫水進(jìn)水壓力設(shè)計(jì)32MPa，給水溫度297℃；過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥由美國Copes-Vulcan公司生產(chǎn)，為平衡式單閥座調(diào)節(jié)閥，規(guī)格：3"（80mm），接口采用焊接式。結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)剖面圖
〔1〕閥體；〔2〕閥塞；〔3〕閥塞；〔4〕套筒；〔5〕閥座；〔6〕閥桿；〔7〕導(dǎo)向環(huán)；〔8〕盤根；〔9〕盤根壓蓋或蓋圈；〔10〕盤根緊固件；〔11〕填料螺栓；〔12〕填料螺帽；〔13〕閥蓋螺栓；〔14〕閥蓋螺帽；〔15〕閥蓋墊圈；〔16〕閥塞密封墊圈；〔17〕閥桿固定銷；〔18〕〔18a〕”U”杯型密封圈；〔18b〕定位環(huán)；〔18c〕定位持環(huán)；〔19〕活塞環(huán)套件；〔20〕縮徑片；〔21〕軟塞環(huán)；〔22〕孔定位夾板；〔23〕槽口大頭螺釘；〔24〕隔離套環(huán)；〔25〕閥桿鎖定盤；〔26〕閥桿夾螺釘；〔27〕縮徑片墊圈；〔28〕填料彈簧；〔29〕上填料片；〔30〕卡環(huán)；〔31〕螺紋環(huán)；〔32〕螺栓；〔32〕螺母；〔33〕槽口大頭螺釘；〔34〕閥桿鎖定螺帽；〔35〕指示器；〔36〕鎖定片
2 過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題
5號機(jī)組過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥首次出現(xiàn)故障是2012年3月1日，右側(cè)過熱器Ⅱ級減溫水#1調(diào)門，運(yùn)行中填料函發(fā)生嚴(yán)重泄漏，調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口隔離閥電動裝置進(jìn)水無法進(jìn)行遠(yuǎn)操，人工現(xiàn)場將進(jìn)出口閥隔絕，對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行解體，更換填料函填料、金屬纏繞墊，碳環(huán)。
隨后在2012年的3～5月的檢修期間對8只調(diào)節(jié)閥全部進(jìn)行解體檢查，更換填料函填料、金屬纏繞墊，碳環(huán)。
2012年7月25日，右側(cè)過熱器Ⅰ級減溫水#1調(diào)門在運(yùn)行中發(fā)生填料函泄漏，隔絕前后隔離閥后更換填料函填料、金屬纏繞墊，碳環(huán)；2012年8月2日，右側(cè)過熱器Ⅰ級減溫水#2調(diào)門和左側(cè)過熱器Ⅰ級減溫水#1調(diào)門在運(yùn)行中發(fā)生填料函泄漏，隔絕前后隔離閥后更換填料函填料、金屬纏繞墊，碳環(huán)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)在2012年7月～2013年5月的運(yùn)行及計(jì)劃檢修期間，檢修人員分別對8只過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥填料函缺陷進(jìn)行處理共計(jì)47次，其中運(yùn)行中隔離處理31次；尤其是過熱器右側(cè)一、二級減溫水調(diào)門泄漏頻繁，過熱器減溫水填料函泄漏缺陷，已經(jīng)嚴(yán)重的影響了百萬機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
3 原因分析
為避免出現(xiàn)第一次發(fā)生減溫水大量泄漏故障，檢修與運(yùn)行人員加強(qiáng)了對該設(shè)備的巡檢力度，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥填料函部位出現(xiàn)飄汽現(xiàn)象就及時通知檢修，利用機(jī)組夜間負(fù)荷較低時對泄漏的調(diào)節(jié)閥填料函進(jìn)行處理。同時對發(fā)生故障的原因進(jìn)行分析：
原因分析1：填料的安裝、使用不當(dāng)，同一臺調(diào)節(jié)閥連續(xù)出現(xiàn)兩次泄漏時，懷疑是檢修人員在安裝填料時對填料環(huán)進(jìn)行切割時導(dǎo)致填料受損失效，但對填料函同樣按不切割填料環(huán)也同樣出現(xiàn)泄漏，排除因切割原因?qū)е碌男孤灰妶D3。
圖3 填料失效泄漏圖片
圖4 損壞的碳環(huán)
圖5 新舊碳環(huán)比較
原因分析2：填料函下部的碳環(huán)損壞造成，對損壞的碳環(huán)和填料更換后還會出現(xiàn)泄漏；見圖4、圖5；原因分析3：閥桿彎曲，經(jīng)對泄漏次數(shù)較多的閥門閥桿解體檢查未發(fā)現(xiàn)閥桿有彎曲變形和表面損傷現(xiàn)象；
原因分析4：填料函填料的壓緊力不夠，按照Copes-Vulcan公司提供的維護(hù)說明，采用扭力扳手對壓緊螺栓使用規(guī)定的力矩，也同樣會出現(xiàn)泄漏；
原因分析5：閥內(nèi)組件在加工過程中未使用專用工裝、工位器具，形成整體同軸度偏差過大或因?yàn)殚y門與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接時不同心而造成卡澀，磨損填料現(xiàn)象，經(jīng)檢查排除因此原因?qū)е碌男孤?/p>
原因分析6：調(diào)節(jié)閥內(nèi)套筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，直接影響閥門的使用壽命，經(jīng)對閥門解體檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)套筒上設(shè)計(jì)有兩道活塞環(huán)，過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥為套筒平衡式結(jié)構(gòu)，其起平衡密封作用的密封圈為碳材質(zhì)密封圈（碳質(zhì)）。活塞環(huán)作為閥門內(nèi)部工質(zhì)的密封，對填料的使用壽命影響較大，活塞環(huán)的材質(zhì)為碳質(zhì)，厚度只有1mm極易碎裂，新活塞環(huán)的安裝難度大，在安裝時極易因操作不當(dāng)導(dǎo)致活塞環(huán)碎裂，活塞環(huán)的價格昂貴，且采購周期長，見圖6。
圖6 內(nèi)套筒上的活塞環(huán)卡槽（活塞環(huán)已碎裂）
4 解決方案
（1）內(nèi)套筒密封設(shè)計(jì)改造。改造密封尺寸、密封材質(zhì)、增加密封圈擋圈、彈簧擋圈（由于原閥門設(shè)計(jì)使用的閥門籠套密封圈設(shè)計(jì)尺寸較窄、密封材料不理想、不易于裝卸，且易于斷裂而造成套筒內(nèi)壁卡澀，易造成閥門內(nèi)漏以及運(yùn)行卡澀、不順暢等故障）；見圖7；
圖7 內(nèi)套筒改造前結(jié)構(gòu)
（2）將原密封圈部位進(jìn)行改造，使用特殊石墨材料密封圈。（由于原內(nèi)套筒結(jié)構(gòu)限制，只能將原內(nèi)套筒上安裝密封圈的部位進(jìn)行機(jī)械加工改造，考慮到石墨密封圈的動態(tài)密封性能不是很好，采用密封擋圈加工螺紋與內(nèi)套筒進(jìn)行連接，能使得密封圈有效地壓緊，并在密封圈擋圈后面切槽用來安裝彈簧擋圈）見圖8；
圖8 內(nèi)套筒改造后結(jié)構(gòu)
（3）復(fù)合套（導(dǎo)向套）改造。CV調(diào)節(jié)閥裝填料函底部有一個復(fù)合套（導(dǎo)向套），此套在該閥門中本應(yīng)起保護(hù)填料、抗壓等作用，由于在長時間運(yùn)行中，它和閥桿之間的長期摩擦以及長期承壓，造成磨損、變薄，以致出現(xiàn)裂紋等，容易造成填料外漏，將此處材料改為金屬套。（見圖9、圖10）
圖9 內(nèi)套筒改造前實(shí)物圖
圖10 內(nèi)套筒改造后實(shí)物圖
5 改造后效果
2013年5月利用機(jī)組檢修時間將8只減溫水調(diào)節(jié)閥內(nèi)套筒做了技術(shù)改造，碳環(huán)更換為耐蝕高鎳鑄鐵材料，盤根，裝復(fù)后投入運(yùn)行，改造投運(yùn)后使用至今，未出現(xiàn)過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥泄漏，運(yùn)行情況良好。
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