扒扒西门子超超临界汽轮机汽门的“家族病”！
0 概述
西门子超超临界1 000 MW汽轮机，在汽门设计上具有以下特点：高中压联合汽门设计、大型罩螺母连接、无导汽管、螺纹环紧固、U型环密封等。这些特点使汽门具有结构紧凑、损失小、附加推力小等优点。近年来，随着该类型机组服役时间加长，其汽门陆续暴露出阀盖螺栓断裂、阀座裂纹及主汽门滤网破损等问题。
1 常见故障分析及处理
1.1 再热阀组阀盖螺栓断裂
近年来，多台西门子汽轮机再热阀组螺栓发生批量断裂问题，严重影响机组的安全运行。再热阀组螺栓材料为GH783，该材料具有强度高、抗氧化性强、线膨胀系数低等优点，但也有长期高温服役后易脆化及缺口敏感性高等缺点。【汽机监督】
1.1.1 原因分析
(1) 螺栓安装时，加热棒过烧损伤加热孔内壁或机械损伤螺栓表面，形成裂纹源；
(2) 安装工艺控制不严，螺栓受力不均；
(3) 螺栓预紧力过大；
(4) 国产化材料质量欠稳定。
1.1.2 处理及预防措施
(1) 改进螺栓加热工具，防止烧蚀螺栓；
(2) 缩短螺栓伸长量；
(3) 用力矩扳手紧固螺栓；
(4) 防止螺栓表面受机械损伤；
(5) 螺栓改为通孔形式。
1.2 高中压汽门阀座存在裂纹
西门子汽轮机的高中压阀组阀座密封焊缝存在“家族性”开裂问题，甚至出现堆焊层脱落进入汽缸的问题。高压主(调)阀直接在P91材质的阀座内堆焊司太立钴基合金，中压主(调)阀阀座(P91材质)则使用镍基合金材料进行过渡，再堆焊司太立钴基合金。【ID :qijijiandu】
1.2.1 原因分析
(1) 阀座密封面堆焊层与阀体母材焊融不良；
(2) 堆焊司太立钴基合金后，在母材与焊层的结合处形成一层厚度不等的高硬度过渡层。过渡层的硬度远高于相邻的母材P91钢和司太立钴基合金的硬度，在很窄的区间内形成很大的硬度梯度，使该区域的韧性较低，抗冲击能力很差。阀门关闭时，在油动机弹簧力作用下，阀芯、阀座间产生很大的撞击力，使得发生裂纹的硬质合金密封面加速老化和碎裂。此外，阀座司太立合金堆焊层在运行4万—5万h后，堆焊层的金相组织发生相变。
1.2.2 处理及预防措施
(1) 用镍基合金修复阀座；
(2) 缩短汽门检修周期，在检修时对阀座进行着色、磁粉探伤检查；
(3) 运行时，控制阀座温度变化在允许范围内，减少温差应力冲击；
(4) 适当减少阀门活动性试验。
1.3 中压调门阀体进汽插管出现裂纹
中压汽门与中压缸采用法兰连接，中压调门阀座后装有进汽插管，该进汽插管位于法兰连接段的内部，已在多台机组上出现进汽插管底部纵向开裂现象。进汽插管开裂会使热再热蒸汽直接泄漏至中压内外缸夹层，导致中压缸排汽温度上升。同时，泄漏的蒸汽会冲刷中压外缸内壁，长时间的高温冲刷将对中压外缸材料(球墨铸铁)造成不良影响。
1.3.1 原因分析
进汽插管端部开有疏水口，其底部沿纵向也加工有输水孔，这些口、孔引起的应力集中及国产化材料质量欠稳定等都是造成裂纹的主要原因。
1.3.2 处理及预防措施
厂家已从取消进汽插管底部装配定位用的键槽、增加进汽插管的壁厚及进汽插管内部型线优化3方面改进进汽插管，并在机组运行中加强监视：
(1) 核查对比历史运行记录，关注中压排汽温度在同工况下的温度变化情况，如果中排温度上升10 ℃左右，即需引起重视;【汽机监督】
(2) 采用合适的测温方式监视中压外缸外壁表面金属温度。【汽机监督】
1.4 主汽门滤网破损
不同于钢丝网和钻孔滤网结构，西门子主汽门的滤网为用波纹状钢带在滤网框架外侧缠绕组装而成的永久性滤网，机组试运行结束后不需拆除。但在宁海电厂5号机和玉环电厂2号机的检修中均发现高压主汽门滤网的波纹状钢带破损脱落而被冲进高压缸的情况。
1.4.1 原因分析
主汽门滤网固定销断裂，导致波纹状钢带松脱。
1.4.2 处理及预防措施
(1) 厂家已对滤网固定方式进行改进，将主汽门滤网固定销由Φ16改为Φ20。将再热主汽门滤网6个Φ20固定销子改为12个Φ20固定销子;
(2) 在机组检修时，对滤网的固定销进行超声检查，确认是否存在隐性裂纹。
1.5 汽门阀碟背部密封面裂纹
高中压汽门阀碟背部的自密封面均焊有一层硬质合金层，以便在阀门全开时形成密封，防止蒸汽通过阀杆间隙泄漏出去。在检修中发现，多台机组的该密封面的硬质合金层出现裂纹甚至剥落，直接影响密封效果，导致阀杆严重漏气。【汽机监督】
1.5.1 原因分析
引起裂纹的可能原因有：硬质合金堆焊层与母材的融合不良、硬质合金与基体的热膨胀系数存在差异、较大的温差应力等。
1.5.2 处理及预防措施
(1) 用镍基合金修复影响密封效果的密封面;
(2) 在检修时应对密封面进行着色检查。
1.6 高压调阀启动时产生异音
在机组启动时，因调阀门开度小，正常情况下会产生一定的蒸汽节流声。但有些调门随服役时间加长，每次机组启动时，调阀会产生低频率的异音。当阀门开度增大时，异音立即消失。【汽机监督】
1.6.1 原因分析
调阀阀座均存在不同程度的凹坑，这些凹坑与在小开度的阀芯组成边棱音发声系统，引发边棱音效应，从而产生异音。阀座出现凹坑的可能原因有：硬质合金堆焊层与母材的融合度不良而产生裂纹或凹坑；温差应力引起硬质合金堆焊层产生裂缝或脱落产生凹坑；阀门关闭时产生的撞击力，使得发生裂纹的硬质合金密封面碎裂而产生凹坑等。
1.6.2 处理及预防措施
(1) 对出现凹坑的阀座采用镍基合金堆焊修复;
(2) 机组启动时，加强对汽门声音的监测;
(3) 可适当减少汽门活动性试验;
(4) 机组停运时，密切关注机组停机曲线及汽轮机惰走时间是否异常。
1.7 主汽阀、调阀门杆漏汽大
根据厂家门杆漏气设计，主汽阀门杆漏汽直接接至凝汽器或疏扩。调阀门杆漏汽则接至轴封供汽管溢流管。正常运行时，调门可能不是全开状态，调门阀碟背部汽密面可能不起作用。同时，轴封供汽管溢流管的压力也明显高于凝汽器压力或者疏扩，调门发生门杆漏汽外漏的可能性较大。
1.7.1 原因分析
(1) 阀碟背密封面接触不好；
(2) 阀杆和阀杆衬套的配合间隙超标；
(3) 阀杆拉伤或磨损；
(4) 阀门盘根磨损；
(5) 装油动机时，阀杆和油动机受力对接；
(6) 阀杆衬套4个孔与内阀盖孔错位，漏汽通道堵塞。
1.7.2 处理及预防措施
(1) 将调门门杆漏汽从原来的接至轴封溢流管改为直接接至凝汽器或疏扩；
(2) 在阀门检修时，对阀蝶背密封接触面应用红丹进行检查；
(3) 测量阀杆和阀杆衬套的配合间隙；
(4) 检查阀杆涂层是否存在磨损或拉伤等缺陷；
(5) 检查阀杆衬套4个孔与内阀盖孔是否错位，如错位，可重新钻孔。
1.8 高压主汽门螺纹环咬死
不同于常规高压主汽门螺栓紧固结构，西门子主汽门采用内螺纹环紧固密封内阀盖，此结构简单、紧凑，但拆卸不便。在某些电厂吹管后或服役多年后，拆除过程中螺纹环咬死或难以拆卸。【ID :qijijiandu】
1.8.1 原因分析
(1) 拆除螺纹环时，整个螺纹环没有保持基本水平状态，较大程度的倾斜使得螺纹环在拆除过程中越拆越卡，卡涩情况愈发严重；
(2) 在装配螺纹环时，螺纹的表面没有清理干净或存在毛刺等，在螺纹环最终拧紧后，带杂质或者毛刺的螺纹面与面接触，造成卡涩；
(3) U型密封环密封不好，导致漏汽，易使螺纹环产生氧化皮。
1.8.2 处理及预防措施
采用正确的螺纹环拆卸方法。
(1) 螺纹环与汽门上的螺纹配合间隙较大，其径向间隙至少在2 mm左右。拆卸时，在垂直截面90°方向架2块百分表，表打在螺纹环内壁；调整滚轮架，慢慢拧出螺纹环，避免螺纹环的中心与阀体中心出现偏心。【汽机监督】
(2) 按以上方法仍无法拆卸螺纹环时，可考虑采用热胀冷缩法，即在阀体外圈用加热毯加热到100—200 ℃，使其阀体的内圆膨胀。然后在螺纹环内圈喷射液氮或放置干冰，使螺纹环受冷收缩，再用挂在行车上的撞锤撞击专用工具，边撞击边拧，以拆除螺纹环。
1.9 高中压汽门阀杆裂纹
高中压汽门阀杆均喷涂一层硬质合金层，与阀杆衬套组成密封结构，以防止蒸汽通过阀杆间隙泄漏出去。在检修中发现多台机组高中压汽门阀杆涂层存在裂纹，存在涂层脱落造成阀门卡涩风险。【汽机监督】
1.9.1 原因分析
(1) 温差应力作用导致喷涂层出现热疲劳裂纹；
(2) 硬质合金堆焊层与母材的融合度不良；
(3) 硬质合金与基体的热膨胀系数存在差异。
1.9.2 处理及预防措施
(1) 改进硬质合金喷涂工艺，提高融合度；
(2) 检修时，对阀杆进行着色检查，并做好阀杆台账，观察其发展趋势；
(3) 对阀杆表面产生的氧化层进行清理；
(4) 缩短机组高压主汽门、调门的检修周期。
2 结束语
西门子超超临界1 000 MW汽轮机汽门在运行和检修中暴露出来的问题，直接影响机组的安全运行，应引起高度重视。通过提高电厂运行及检修水平，在各个环节进行不断地改进和完善，逐步解决出现的问题并采取相应的防范措施，使该汽轮机的经济性和可靠性得到进一步的提高。
