600MW亚临界上汽机组高调连接型式改造可研及施工建议

600MW亚临界上汽机组高调连接型式改造可研及施工建议

刘赟李秀泉张立春

（神华陕西国华锦界能源有限责任公司陕西神木719319）

摘要：神华陕西国华锦界能源有限责任公司4×600MW机组主机均由上海电气集团供货。#1机组于2006年9月投运，#2#3机于2007年双投，#4机于2008年5月投产。投产至今，不计高压调节汽门其它松动、断裂事故，运行中共发生3次高调门阀杆脱落事件。2012年12月1日，#3机GV1阀杆脱落；2013年9月16日，#3机GV2阀杆脱落；2015年5月19日，#4机GV3阀杆脱落。其它同型机组均存在这一隐患，也都发生过类似问题，调研其它厂同型机组，这一问题还有造成非停的案例，对机组安全、经济运行带来隐患，改造变得势在必行。

关键词：上汽；600MW；高调门；断裂；连接型式；改造；施工

一、设备概述

神华陕西国华锦界能源有限责任公司4×600MW亚临界国产燃煤机组，为上海电气电站生产，汽轮机型号N600-16.7/538/538，型式为单轴、三缸四排汽、高中压合缸、低压缸双流、中间再热式、直接空冷凝汽式。改造前机组制造单号为C157-1，机组高压调节汽阀图号为157.34.20.

二、项目提出的背景及改造的必要性

#1机组于2006年9月投运，#2#3机于2007年双投，#4机于2008年5月投产。投产至今，不计高压调节汽门其它松动、断裂事故，运行中共发生3次高调门阀杆脱落事件。2012年12月1日，#3机GV1阀杆脱落；2013年9月16日，#3机GV2阀杆脱落；2015年5月19日，#4机GV3阀杆脱落。其它同型机组均存在这一隐患，也都发生过类似问题，调研其它厂同型机组，这一问题还有造成非停的案例，对机组安全、经济运行带来极大隐患。

改造前机组制造单号为C157-1，机组高压调节汽阀图号为157.34.20.对于C157机型高压调节汽阀，原设计阀杆与油动机活塞杆采用连接器（联结头）连接，如下图所示：

原连接示意图

原高调门连接型式存在如下设计缺陷：

活塞杆底部调整油动机缓冲行程的垫块平行度要求小于0.05mm，上下两面接触面积要求大于80%，这两个指标现场安装时很难保证。

活塞杆与连接杆钻有Φ6的防转销，阀杆与连接杆钻有Φ12的防转销，因为连接杆及阀杆材质是耐高温件，检修后若需重新钻孔时，因孔的长度在120mm以上，对钻头质量及钻孔技术水平要求非常高，现场施工经常出现钻头断进连接杆内的情况。

为保证底部接触，活塞杆与连接杆、阀杆与连接杆的拧紧力矩均有要求，但检修回装时为了两部件销子孔的对中，经常出现紧力不足的情况，一旦验收把关疏忽，也会埋下隐患。

活塞杆与连接杆的连接是在操纵座回装后进行，因操纵座弧形板门架所限，安装位置狭小，易发生活塞杆拧不到位的问题。

解体时经常发生防转销无法取出的问题，为了保护昂贵的主阀杆阀芯组件，需火焊切割连接杆，这对火焊操作的要求也很高，不慎就会伤到主阀杆，且连接杆为耐高温材质，很多时候需使用电焊机大电流呲。

锦能公司高压联合汽门为上海汽轮机厂引进美国西屋公司技术设计制造，高调门阀杆与油动机活塞杆由套筒式连接杆连接，连接杆与阀杆采用螺纹连接，并加装防转销防转，这种连接方式可靠性较低，运行期间，容易发生螺纹磨损，导致连接杆与高调门阀杆松脱。主要原因是由于高调门在顺序阀方式下第二、三只高调门处于频繁调节状态，工况较为恶劣，阀杆长期在振动交变应力下工作，导致阀杆螺纹装配预紧力逐步降低甚至消失。由于装配在阀杆上的阀芯组件受到汽流脉动、冲击等交变作用力，致使阀杆来回转动和上下跳动，从而加剧阀杆螺纹磨损失效。

锦能公司高调门阀杆与油动机活塞杆目前采用的连接方式可靠性较低，运行期间容易产生连接杆与阀杆松脱的现象，投产以来，锦能公司先后发生三次高调门阀杆松脱现象，2010年至2012年，国华系统内同型机组发生11次阀杆阀芯脱落事故，给机组安全运行带来极大隐患，因此对高调门阀杆连接方式进行改造是十分必要的。

三、国内外调研报告（咨询专家意见、国内外解决方案、用户使用情况等）：

调研同型机组及与上汽沟通，决定结合计划检修，对该连接型式进行技术升级改造，同时优化阀门型线，以彻底解决阀杆脱落断裂隐患。

在改造中，将原设计中阀杆与油动机活塞杆的连接方式由螺纹连接更改为法兰连接，如下图所示。新的连接方式加工、检修方便，通用性强；连接部位承载能力大大提高。

改造后法兰连接方式效果图

主要改进阀杆连接结构和弹簧箱，其他零件均采用原结构，检修更换工作量不大。只要预先准备好阀杆、连接结构（固定块、法兰、盖板、阀杆螺母等）及弹簧箱等零件，即可在检修时更换。改进连接结构后油动机活塞杆顶部接长，直接与调节汽阀阀杆接触，卸载了大部分螺纹连接的冲击力。

为了进一步简化阀门结构，降低阀门压损，结合本次改造，上汽厂对原高调门独立的阀杆阀碟结构进行了改进和优化，将原阀门独立的阀杆阀碟复杂结构更改为整体式阀杆阀碟，相关阀杆衬套、阀碟衬套均进行全新设计与更换，同时，锥形内凹形阀碟采用先进可靠的阀碟型线，该型线自2006年开始投入商业运行，截至2016年，用于高调门的项目21个，用于中调门的超过70个项目，详见下图：

a改造前b改造后c整体阀杆阀碟

改造前后阀杆阀碟结构对比

新改造方案沿用了1000MW机组的技术，高调门连接型式类似对轮刚性连接，技术可行性和可靠性完全可以保证。上海电气同时承诺：改造后，确保不再发生阀杆脱落及断裂等类似质量问题。

下面对新旧两种连接型式进行简要对比分析：

采用套筒式联轴节连接：

优点：拆装工艺简单，易于拆卸。

缺点：加工工艺和检修工艺复杂，一旦出现加工精度偏差，会造成上下同心度超标，对阀杆产生附加弯曲应力，容易造成阀杆断裂或阀杆螺纹磨损失效。联轴节强度相对较低，运行期间受汽流激振影响，联轴节螺纹容易磨损，从而导致联轴节连接失效，使用寿命较短。

采用法兰联轴节连接：

优点：加工工艺简单，上下同心度容易得到保证。阀杆采取非螺纹直接连接，从根上解决运行期间受汽流激振影响导致螺纹磨损失效问题。联轴节强度相对较高，抗振性能好，使用寿命长。

缺点：拆装工艺相对复杂，改造成本高，对哈夫和螺栓材质要求比较高。

综上所述，采用法兰联轴节方式连接在安全性、可靠性比套筒式联轴节高很多，特别在抗振性能方面有较大提高，能彻底解决汽流激振导致联轴节螺纹磨损失效问题。

四、可行性方案（从可能设计的方案中，选出２-３个可供选择方案，从技术经济及社会效益上全面论证其先进合理性、实施可行性，对应存在问题提出解决方法。对可选方案进行综合比较，推荐最佳方案）：

为确保机组的安全稳定运行，做到预防控制，彻底消除机组高调门连接杆与阀杆松脱隐患。计划利用计划检修机会，将4台机共16台高调门阀杆与油动机活塞杆连接方式及阀芯结构进行改造。

（1）技术方案有以下两种选择：

方案a：更换为上海汽轮机厂按新图纸和材料加工的新型阀杆和法兰联轴节，阀杆采取非螺纹直接连接，保证高调门阀杆连接的可靠性。

方案b：更换为上海汽轮机厂按新图纸和材料加工的新型阀杆和法兰联轴节，阀杆采取非螺纹直接连接，保证高调门阀杆连接的可靠性。同时，将原阀门独立的阀杆阀碟复杂结构更改为整体式阀杆阀碟，相关阀杆衬套、阀碟衬套均进行全新设计与更换，其锥形内凹形阀碟采用先进可靠的阀碟型线。

（2）方案比较：

a、更换新型法兰联轴节：阀杆采取非螺纹直接连接，从根本上解决运行期间受汽流激振影响导致螺纹磨损失效问题，提高了阀杆及联轴节的使用寿命。但未能彻底解决阀门在部分开度时的抖动加剧问题。

b、更换新型法兰联轴节，同时改造阀芯：阀杆采取非螺纹直接连接，从根本上解决运行期间受汽流激振影响导致螺纹磨损失效问题，提高了阀杆及联轴节的使用寿命。可有效解决阀门在部分开度时的抖动加剧问题，同时，阀芯改造是绿色发电改造项目内容之一，与连接型式改造同时设计、施工，避免了阀杆二次加工更换和油动机的二次返厂加工，节约了费用投资，节省了施工时间。

（3）方案选择：

根据上述两个方案比较，结合锦能公司机组运行实际情况，采用方案b。

五、投资估算及概（预）算明细表：

投资估算及概（预）算明细表：

（1）投资估算表（单台机，不含税）单位：万元

注：费用预算只是概算，各厂情况不同可能产生镗孔加工、阀线研磨等费用，且各地区发展的不平衡势必影响配合工种的报价。

（2）项目概(预)算明细表（下表是单只高调备件材料明细，总价需×4，单位：万元）

六、工程规模和主要内容（项目的构成和范围（子项目或分项目），站（厂）址选择，地理位置，改进后系统的布置，设备性能及有关参数，必要的图纸、生产准备及培训情况等）：

1、项目范围：

四台机16只高调门连接型式改造及阀芯组件优化。

2、项目的主要设备材料构成：

高调门整体阀杆阀蝶16套；

高调门连接方式组件16套。

3、改造后系统的布置：

在原高调门连接杆安装位置进行改造，不改变原有高调门、油动机安装位置。

七、施工中注意事项及建议：

（1）因机组运行年限较长，阀体变形不可避免，解体后需对阀座内两圈导向密封环椭圆度进行测量。若椭圆度偏差超过0.10mm，建议对两圈导向密封环镗孔处理。但施工前切忌未按阀芯密封线找正即盲目施工，从而造成不必要的损失。

（2）建议对运龄超过10年机组的阀盖栽丝螺栓全部拆除换新，特别是需镗孔时，不拆阀盖螺栓将无法施工。

（3）因阀碟换新，必然造成与原阀座的阀线密封不良，需提前考虑雇用专业研磨阀线的队伍，建议将此项工作谈入上汽改造合同，防止施工中发生问题引起的互相扯皮推诿。

结语：

改造后，高调门阀杆与油动机活塞杆连接安全性和可靠性显著提高，彻底治理高调门原设计阀杆与连接杆螺纹磨损失效以及阀杆断裂等安全隐患，解决部分开度时阀门抖动加剧的隐患，避免出现高调门调节异常导致的停机事故，从而保障机组长周期安全稳定运行。

参考文献：

[1]上汽.C157结构系统说明书.

[2]DL／T5210.1-2012电力建设施工质量验收及评定规程.