高压调节阀门杆松脱的原因分析和对策

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　　1、情况介绍：河北西柏坡发电有限责任公司装机容量为4×300MW、哈汽N300-16.7/537(538)/537(538)、亚临界、单轴、凝汽式汽轮机，高压缸进汽由两个高压主汽门和六个高压调节门(简称高调门)控制，高调门运行方式根据负荷大小采用单阀或顺序阀。其中#1机组1993年12月投产，历经3次大修、6次小修，末次大修时间为2002年10月。
, X% G! G: S' Z9 _　　2、事件起因
　　2.1、2002年10月#1机组大修，#4高调门解体发现门杆头部(此处无螺纹，但加工有止动横销孔，ф12mm，L=120mm)发生横向断裂。因止动横销(简称横销)未脱出，所以#4高调门大修前运行稳定，未见异常。
　　2.2、门杆头断裂的原因分析
　　2.2.1、受力。长期运行中蒸汽对门杆产生轴向周期性激振力，门杆头部以及连接螺纹部分容易产生疲劳损坏。
　　2.2.2、加工工艺。门杆头横销孔采用钻孔后再铰孔加工而成，孔边缘呈现刀锋状，形成典型的应力集中点，裂纹一旦形成后就会迅速发展为断裂。
　　2.2.3、材质。门杆材质2Cr12NiMoWV，工作于高温下，为增加其抗高温氧化能力，表面进行了特殊的渗氮处理，形成一层厚约0.5mm的氮铁化合物，其硬度、耐磨性、抗氧化性大大增加，相应的脆性增大，韧性降低。
　　2.2.4、装配工艺不当。
　　哈汽厂高调门装配图工艺要求：冷态安装，门杆旋入导向套内，需要对门杆施加152N*M的扭力，然后装入横销。即要求冷态安装后门杆与导向套完全紧力接触，禁止留有间隙。热态运行时，由于门杆被包在导向套内部，温度高于导向套，其轴向线性膨胀量大于导向套，上述紧力配合依然能得到保证。因此门杆热态运行时，门杆受到蒸汽的轴向激振力，此力会直接传递至导向套，从而使门杆的连接螺纹不受激振力的作用，因为连接螺纹部位是更易发生损坏的应力集中点，这样就防止了螺纹的疲劳损坏。实际情况并非如此，6个高调门不同程度存在不符合技术要求的现象，即冷态时回装门杆，施加152N*M扭力矩后，门杆横销孔与导向套横销孔发生了错位现象，横销无法顺利装入。为了能顺利安装横销，必须要将门杆轻微旋退，如果按照横销孔错位2mm、门杆连接螺纹为M50*2计算，门杆需要退出约0.025mm，即门杆头与导向套存在0.025mm的间隙，这又不符合技术要求的紧力配合。如果检修人员忽视了装配技术要求，图省力而草率地安装，就会留下安全隐患。
1 ?% K: G* y- l3 o" x# v2 |! q, D- f　　横销孔错位的两个主要原因：a 零部件出厂时加工尺寸未达到技术精度要求； b 门杆长期运行于高温、受力状态下，连接螺纹受拉应力、压应力、振动疲劳破坏和高温氧化等影响，表面产生变形、缺损，装配间隙随之发生变化。
) ~/ c, ?2 l# `& Y( \8 \7 p9 v　　2.2.5、横销变形。横销受力后产生轻度弯曲变形，检修时未予更换，强行安装时由于不同心横销对销孔边缘产生较大的挤压力，销孔边缘受力状态进一步恶化，开裂的可能性急剧增大。
　　2.2.6、冲击应力。机组在大小修后期经常做DEH混防试验、大联锁试验、开机时做超速试验以及运行中紧急停机，高调门都会在0.3～0.5秒内迅速关闭，设计上由于高调门门杆与阀碟之间不存在(如高压主汽门阀芯内部安装的)缓冲弹簧结构，使得门杆受到多次强烈撞击，门杆头的冲击应力尤为严重，进一步加剧了横销孔的裂损。
　　3、对策：更换新门杆。鉴于旧导向套的横销孔如果再次打孔有可能内径被钻头扩大或钻头跑偏使横销孔作废，导致横销的装配尺寸不符合要求，决定重新加工横销孔，位置在原孔下方20mm处，新门杆与导向套冷态安装后钻孔加工一次完成。
5 v( J* Q' Y) a, d; e　　4、事件的发展
1 W2 y' p5 @2 Y6 A- q　　4.1、2003年4月8日，运行人员发现#1机#4高调门就地阀门有开度(主控监视屏幕显示LVDT阀门开度反馈有指示)，关闭指令发出后阀门却无响应，怀疑执行机构的伺服阀发生故障，要求检修人员处理。机检人员关闭进油截止门，发现油动机并不随之关闭，再打开快速卸载阀卸油，油动机仍然不关闭，当检查汽侧执行机构时意外发现#4高调门门盖上有一根销子，确认门杆与导向套的横销脱出，门杆发生自旋转后脱离导向套向下运动关闭进汽。
　　4.2、原因分析
　　4.2.1、横销安装后必须在横销孔两端用样冲封铆，由于门杆套的材质硬度高，封铆困难，封铆点变形量小，未能起到很好的封堵作用。
* c, k& y9 d2 I2 G9 b　　4.2.2、横销长度与销孔的长度相差无几，封铆余地小，造成封铆困难。假如横销长于销孔，则无法封铆。
　　4.2.3、导向套销孔周围因多次封铆拆卸，边缘母材缺损较多，封铆困难。
4 }3 a: x  r5 f  g1 t; p# K1 ~1 @　　4.2.4、关键原因是在原装配设计中，导向套销孔被其两侧杠杆臂夹持，即从外侧观察销子，由于杠杆臂的遮盖，只能看到横销截面的一半，其设计思路可以理解为当销子因各种原因产生松动并企图向一侧移动时，在移动很小的位移后就会碰顶到杠杆臂而停止。大修中重新加工的销横孔由于整体下移20mm，横销恰恰脱离了杠杆臂的保护，运行中横销能够顺利脱出并导致阀杆下移关闭汽门。
! X+ p3 I" F  n0 i　　5、处理步骤
　　5.1、机组保持运行状态、单阀运行方式，负荷限制在220MW以下，关闭#4高调门油动机进油截止门，切断油路。
- A  _; G( K1 d4 A　　5.2、拆除油动机与杠杆臂的联结销子，先用千斤顶支起杠杆臂，并在蓄压弹簧下部间隙内塞入合适的垫块(方钢)。
2 d: k* D' m# B# J% K0 q! u% v0 ?　　5.3、拆下拉弹簧，再撤去千斤顶，拆卸杠杆臂与导向套以及后支座的联结销子，拆下杠杆臂，使导向套完全裸露。
( \/ b# ]+ R2 `3 V　　5.4、由于阀蝶在关闭状态，阀前后存在巨大的蒸汽压力差，阀蝶被紧紧压在底口上，门杆也不会轻易运动，这时顺时针旋转导向套直至销子孔对位，回装销子并电焊封点牢固，恢复其余的联结。
　　5.5、严密监视负荷变化，打开油动机进油截止门，#4高调门投入运行，撤去蓄压弹簧下部的垫块。
* J( `" b) ~2 Y　　6、反思
0 {! \1 |" j/ b2 {' }  A　　6.1、检修人员对设备的结构及原理必须要有全面的理解和掌握，要求具体到每一个细节问题。任何对设备(尤其是进口或引进国外技术生产的产品)的更改或者变动都必须经过专业技术人员的论证后才能进行，任何未经过技术论证的行为都会付出不应有的代价。
- l+ A! u3 K$ f$ H) C9 e* ]& W# |　　6.2、完善的高调门检修工艺是保证其长期安全运行的前提条件，其中人员素质占有主导地位。进一步加强检修人员的技术培训工作，提高整体的技能水平，应是目前的重要关注点，只有这样才能确保设备的检修质量。
9 ]& c6 H0 U! g5 A文章关键词： 阀碟