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電廠過熱器減溫水調節閥的故障原因分析
發布于：2019/7/26 13:19:47 點擊量：1034
0 引言
火力發電廠為防止過熱器系統管道超溫，均在過熱器系統上設置有減溫水調節系統，通過調節減溫水流量的大小來控制過熱器管內工質的溫度。過熱器減溫水系統作為防止超溫主要調節手段一直被火力發電廠所采用，機組容量的增大，介質參數的提高，相應的對于過熱器減溫水系統的調節閥的要求也越來越高。皖能銅陵發電有限公司5號機組鍋爐采用一次中間再熱，單爐膛單切圓燃燒，平衡通風，露天布置、固態排渣、全鋼構架，全懸吊結構塔式布置。主蒸汽參數壓力為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滿負荷試運行，轉入正常生產，是安徽省首臺超超臨界1000MW機組。
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口集箱，經由爐內懸吊管從上到下引到爐膛出口處的第一級屏式過熱器，進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。過熱蒸汽系統的汽溫調節采用燃料/給水比和兩級八點噴水減溫，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，一級受熱面外側管道的蒸汽進入下一級受熱面的內側管道，來補償煙氣側導致的熱偏差。
1 過熱器減溫水調節閥設計結構
5號機組過熱器系統在鍋爐左右兩側分別布置有Ⅰ級、Ⅱ級噴水減溫裝置，每級左右布置各兩只，共計8只減溫水調節閥，每只調節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。減溫水調節閥具有良好的調節性能，過熱器減溫水水源由給水泵提供，減溫水進水壓力設計32MPa，給水溫度297℃；過熱器減溫水調節閥由美國Copes-Vulcan公司生產，為平衡式單閥座調節閥，規格：3"（80mm），接口采用焊接式。結構如圖2所示。
圖2 調節閥結構剖面圖
〔1〕閥體；〔2〕閥塞；〔3〕閥塞；〔4〕套筒；〔5〕閥座；〔6〕閥桿；〔7〕導向環；〔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；〔18c〕定位持環；〔19〕活塞環套件；〔20〕縮徑片；〔21〕軟塞環；〔22〕孔定位夾板；〔23〕槽口大頭螺釘；〔24〕隔離套環；〔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；〔31〕螺紋環；〔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 過熱器減溫水調節閥在運行中出現的問題
5號機組過熱器減溫水調節閥首次出現故障是2012年3月1日，右側過熱器Ⅱ級減溫水#1調門，運行中填料函發生嚴重泄漏，調節閥進出口隔離閥電動裝置進水無法進行遠操，人工現場將進出口閥隔絕，對調節閥進行解體，更換填料函填料、金屬纏繞墊，碳環。
隨后在2012年的3～5月的檢修期間對8只調節閥全部進行解體檢查，更換填料函填料、金屬纏繞墊，碳環。
2012年7月25日，右側過熱器Ⅰ級減溫水#1調門在運行中發生填料函泄漏，隔絕前后隔離閥后更換填料函填料、金屬纏繞墊，碳環；2012年8月2日，右側過熱器Ⅰ級減溫水#2調門和左側過熱器Ⅰ級減溫水#1調門在運行中發生填料函泄漏，隔絕前后隔離閥后更換填料函填料、金屬纏繞墊，碳環。
據統計在2012年7月～2013年5月的運行及計劃檢修期間，檢修人員分別對8只過熱器減溫水調節閥填料函缺陷進行處理共計47次，其中運行中隔離處理31次；尤其是過熱器右側一、二級減溫水調門泄漏頻繁，過熱器減溫水填料函泄漏缺陷，已經嚴重的影響了百萬機組的安全穩定運行。
3 原因分析
為避免出現第一次發生減溫水大量泄漏故障，檢修與運行人員加強了對該設備的巡檢力度，發現調節閥填料函部位出現飄汽現象就及時通知檢修，利用機組夜間負荷較低時對泄漏的調節閥填料函進行處理。同時對發生故障的原因進行分析：
原因分析1：填料的安裝、使用不當，同一臺調節閥連續出現兩次泄漏時，懷疑是檢修人員在安裝填料時對填料環進行切割時導致填料受損失效，但對填料函同樣按不切割填料環也同樣出現泄漏，排除因切割原因導致的泄漏；見圖3。
圖3 填料失效泄漏圖片
圖4 損壞的碳環
圖5 新舊碳環比較
原因分析2：填料函下部的碳環損壞造成，對損壞的碳環和填料更換后還會出現泄漏；見圖4、圖5；原因分析3：閥桿彎曲，經對泄漏次數較多的閥門閥桿解體檢查未發現閥桿有彎曲變形和表面損傷現象；
原因分析4：填料函填料的壓緊力不夠，按照Copes-Vulcan公司提供的維護說明，采用扭力扳手對壓緊螺栓使用規定的力矩，也同樣會出現泄漏；
原因分析5：閥內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為閥門與執行機構連接時不同心而造成卡澀，磨損填料現象，經檢查排除因此原因導致的泄漏；
原因分析6：調節閥內套筒結構設計不合理，直接影響閥門的使用壽命，經對閥門解體檢查發現內套筒上設計有兩道活塞環，過熱器減溫水調節閥為套筒平衡式結構，其起平衡密封作用的密封圈為碳材質密封圈（碳質）。活塞環作為閥門內部工質的密封，對填料的使用壽命影響較大，活塞環的材質為碳質，厚度只有1mm極易碎裂，新活塞環的安裝難度大，在安裝時極易因操作不當導致活塞環碎裂，活塞環的價格昂貴，且采購周期長，見圖6。
圖6 內套筒上的活塞環卡槽（活塞環已碎裂）
4 解決方案
（1）內套筒密封設計改造。改造密封尺寸、密封材質、增加密封圈擋圈、彈簧擋圈（由于原閥門設計使用的閥門籠套密封圈設計尺寸較窄、密封材料不理想、不易于裝卸，且易于斷裂而造成套筒內壁卡澀，易造成閥門內漏以及運行卡澀、不順暢等故障）；見圖7；
圖7 內套筒改造前結構
（2）將原密封圈部位進行改造，使用特殊石墨材料密封圈。（由于原內套筒結構限制，只能將原內套筒上安裝密封圈的部位進行機械加工改造，考慮到石墨密封圈的動態密封性能不是很好，采用密封擋圈加工螺紋與內套筒進行連接，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 內套筒改造后結構
（3）復合套（導向套）改造。CV調節閥裝填料函底部有一個復合套（導向套），此套在該閥門中本應起保護填料、抗壓等作用，由于在長時間運行中，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 內套筒改造前實物圖
圖10 內套筒改造后實物圖
5 改造后效果
2013年5月利用機組檢修時間將8只減溫水調節閥內套筒做了技術改造，碳環更換為耐蝕高鎳鑄鐵材料，盤根，裝復后投入運行，改造投運后使用至今，未出現過熱器減溫水調節閥泄漏，運行情況良好。
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