600MW亚临界 汽轮机中压调节阀 螺栓断裂原因分析

600MW亚临界 汽轮机中压调节阀 螺栓断裂原因分析

张晓

元宝山发电有限责任公司 ， 内蒙古 赤峰 024070

【摘要】火电厂运行中汽轮机是非常重要的组成部分，汽轮机的稳定运行直接关系到电厂的正常工作。汽轮机中压调节阀螺栓断裂是汽轮机常见的一种故障问题，论文主要对螺栓断裂的原因进行分析，并结合汽轮机维护检修工作提出了一些措施建议，希望为相关工作人员提供一些帮助。

【Abstract】Steam turbine is a very important part in the operation of thermal power plant. The stable operation of steam turbine is directly related to the normal operation of power plant. The bolt fracture of the intermediate pressure regulating valve of steam turbine is a common fault problem of steam turbine. In this paper, the causes of bolt fracture are analyzed, and some measures and suggestions are put forward based on the maintenance work of steam turbine, hoping to provide some help for the relevant staff through this paper.

【关键词】汽轮机；调节阀；螺栓断裂；螺栓检修

【Keywords】steam turbine; regulating valve; bolt fracture; bolt maintenance

【中图分类号】TM621 【文献标志码】A

1 引言

众所周知，螺栓对于汽轮机组运行起着至关重要的作用。结合汽轮机检修的实际情况，螺栓损坏受到很多因素影响，从而影响汽轮机组的工作效率。螺栓检修是一项非常复杂的工作，所以相关工作人员在螺栓检修工作中必须注意细节，找出螺栓损坏的原因，追根溯源，选择合适的检修方法，同时企业也要注重专业人才的引入，提高从业人员的综合素质，以便提高螺栓检修工作的质量和效率。

2 600MW汽轮机中压调节阀相关概述

元宝山发电有限责任公司4号机组汽轮机是哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的N600-16.7/538/538型亚临界、单轴、一次中间再热、四缸、四排汽、单轴、反动式、凝汽式汽轮机。配套两台中压主汽调节联合阀，同一阀体有一摇板式主汽阀和两调节阀。调节系统均采用高压抗燃油电液调节系统。伺服阀又称电液转换器，它将控制输出信号转换成液压信号。高压抗燃油进入伺服阀分成两路，一路经过滤器过滤后进入滑阀两侧腔室，然后进入喷嘴与挡板间的控制间隙中流出，另一路由滑阀控制推动油动机活塞动作。其原理如下：在稳定工况下，无电流输入时，在弹簧管支撑下衔铁处于导磁体的中间位置，挡板在喷嘴的中间位置，挡板两侧与喷嘴的距离相同，喷嘴两侧的油压一致，滑阀处于中间位置，阀无液压输出。当执行机构需要动作时，电流由伺服阀放大器输入，力矩马达中的电磁线圈产生磁通，可动衔铁在磁铁上产生旋转力矩作用下旋转，同时带动与其相连的挡板转动，挡板移近一只喷嘴，使该喷嘴流量变小，喷嘴前的油压变高，而对侧的喷嘴与挡板距离变大，使喷嘴前的油压降低，这样实现了将电信号转变为力矩而产生机械位移信号，再转变为油压信号，并通过喷嘴挡板系统将信号放大。滑阀移动时，使反馈杆产生弹性形变，对衔铁挡板组件产生反转矩，当作用在衔铁挡板组件上的电磁转矩、反馈杆反转矩等力矩达到平衡时，滑阀停止移动，达到一个平衡位置，阀门开、关动作完成。为了增加调节系统的可靠性，在伺服阀中设置了弹簧管，弹簧管设有一定的机械偏零，

3 螺栓断裂的原因

2016年4号机组大修期间对中压调节阀进行修理时，检验端盖螺栓共计17条出现裂纹，对机组安全稳定运行存在着较大隐患。

螺栓断裂产生原因有以下几种：第一，螺栓加工工艺存在缺陷。螺栓加工尺寸与设计值存在较大偏差，导致螺栓无法承受设计应力。第二，螺栓装配过程中紧固应力过大螺栓安装紧固扭矩过大，甚至超过规定值，会导致应力在螺帽与螺杆过渡区的内集中，应力过大时导致螺栓断裂。第三，螺栓材料的强度不足。螺栓材料的强度与其合金元素含量及热处理工艺密切相关，合金元素含量不足，螺栓强度就会变差，在多重应力作用下就容易产生疲劳和断裂。此外，螺栓在热处理过程中，容易产生硫、磷等杂质元素，杂质元素在晶界上偏聚，容易产生脆性断裂。通过对失效螺栓材料的理化试验分析可以发现，螺栓断口均位于螺帽与螺杆连接处，断口未见塑性变形痕迹，均为脆性断裂。螺栓金属微量元素符合设计要求，但部分螺栓存在金相组织晶粒粗大、抗冲击试验性能不合格，螺栓硬度值不符合标准要求等问题。通过对螺帽外壁和断口氧化皮厚度分析可以得出，部分螺栓可能在运行初期即己萌生裂纹，甚至断裂。因此，可以判断，中压调节阀阀盖与阀套连接螺栓断裂的主要原因为螺栓金属材质性能不合格和螺栓加工工艺存在缺陷。机组在长期变负荷运行过程中，螺栓根部承受较大的热应力，导致部分螺栓首先在其根部发生断裂，个别螺栓断裂后，其周边螺栓应力急剧增加，螺栓在超额应力的作用下，发生断裂

^[1]。

4 600MW汽轮机中压调节阀螺栓断裂的预防措施

4.1 重视汽轮机组中螺栓检修工作

第一，做好检修前准备。在汽轮机组螺栓检修前，相关工作人员、技术人员应共同到现场确认其实际情况，如确认设备的压力、温度、流向等。检修技术人员需依据现场情况制定螺栓检修流程，做好每个环节的衔接工作，同时准备好检修所用的器具和材料，以保证检修任务的有效实施。第二，进行螺栓的拆卸、检修和装复工作。在拆卸螺栓时，需保证其汽缸调节级温度降到80℃以下，但大多数汽缸螺栓为热紧螺栓，需要电加热棒来热松螺栓。拆卸螺栓的顺序一般选择从中分面比较大的部分向两侧对称拆卸。螺栓拆卸下来后，注意按顺序摆放，将螺帽、螺栓一一对应，垫圈也应按编号摆放，且工作人员要标记好其拆卸位置。然后工作人员再对螺栓、螺帽进行清洗打磨，去除其表面的氧化物和毛刺，并用丝锥过扣，在回装前全部进行试扣，确保螺帽和螺栓都能轻松旋入旋出。对螺帽有损伤的螺栓应上车床过扣，保证扣齿光滑。同时配合金属监督部门对螺栓金属进行检查，严格检查螺栓的材质、硬度、损伤程度等，更换不符合要求的螺栓，且新螺栓尺寸要按照旧螺栓来选择，保证其与旧螺栓的编号一致。螺栓在装复时应该注意其装复流程，要求与拆卸顺序一致，并为了保证汽缸结合面的严密性，达到汽轮机在运行时间内螺栓不会松弛的要求，工作人员应对汽缸螺栓先冷紧后热紧，注意冷紧的力矩和热紧的旋转弧长，从而为后续工作减少很多麻烦。

4.2 提高螺栓生产水平

在螺栓生产过程中，首先在热处理工艺上应掌握好热处理温度和保温时间，如果两者均不足或者有一方不足，都会造成未淬透现象，常见的就是铁素体保留在回火组织中。往往是心部比外部的组织要差，铁素体保留的也多。这种组织上的不一致，进而就会导致硬度的不一致，那么在承受力的能力上就不一致。其次在选材的过程中需谨慎进行，对于8.8级以上的螺栓用于较重要的场合下最好选用45Mn、35Mn等，甚至应选择35CrMo、40Cr等合金钢类，因为合金钢比碳钢性高，而且淬透性好。再者应加强螺栓的质量检测，加强螺栓生产工艺研究与管理，随时监测螺栓的各种性能，保证螺栓的质量达到使用要求，生产出高质量的螺栓。

4.3 针对实际情况提高螺栓整体性能

首先，提高螺帽与螺杆结合部位强度。将螺帽与螺杆结合处圆角加工半径R由1.6mm增加之至2.5mm。其次，提高螺帽内六角底孔加工工艺。严格控制六角沉孔加工深度，将螺帽内六角沉孔加工为平底，严格控制六角沉孔钻尖直径。最后，螺栓采用更高强度的合金材料。将螺栓材质由20Cr1Mo1VNbTiB改为2Cr11Mo1NiWVNbN，提高螺栓强度和抗冲击能力^[2]。

4.4 注意事项

首先，在调质处理过程中，严格控制热处理工艺，对调质处理后的螺栓进行显微组织和力学性能抽检，要求获得均匀细小的、保持马氏体位向的回火索氏体组织，抗拉强度、屈服强度和硬度应满足8.8级螺栓设计指标。其次，提高机加工质量和验收水平，避免外表面存在加工缺陷的螺栓投入使用。最后，加强运行过程中对螺栓温度和振动进行监测，预防因温度过高导致的组织性能劣化和振动造成的疲劳。

5 结语

综上所述，对于汽轮机来说，螺栓有着无可替代的重要作用，在很大程度上决定了汽轮机组能否正常运行。汽轮机螺栓经常由于各种原因遭到损坏或者难以达到相关标准，如检修不当的情况时有发生，导致螺栓出现断裂等问题，对此相关工作人员必须重视螺栓的检修和维护，加强螺栓应用过程的动态监测，切实保证汽轮机的高效运行。

【参考文献】

【1】汪帅.发电厂汽轮机的故障分析与解决对策[J].科技风,2019(03):179.

【2】刘璐.火电厂汽轮机常见故障诊断及检修[J].中国新技术新产品,2013(11):166.