试论汽轮机检修中的汽缸法兰变形处理工艺

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：汽缸法兰变形问题在汽轮机中较为多见，影响设备正常工作，降低作业效率，也可能引发安全问题。基于此，文章以汽缸法兰变形的类型和原因作为切入点，予以简述，再以此为基础，重点分析汽轮机检修中的汽缸法兰变形处理工艺，给出处理原则和各类常见方法，包括返厂处理、密封剂处理以及补焊法处理等。最后结合实例对上述理论进行补充说明，为后续法兰变形处理工作提供参考。
　　关键词：汽轮机检修;汽缸法兰变形;密封剂处理;补焊法
　　中图分类号：TK268        文献标志码：A         文章編号：2095-2945（2019）09-0104-02
　　Abstract： The deformation of cylinder flange is more common in steam turbine， which affects the normal operation of the equipment， reduces the operation efficiency， and may also lead to safety problems. Based on this， this paper takes the types and causes of cylinder flange deformation as the breakthrough point， and then on the basis of this， emphatically analyzes the treatment technology of cylinder flange deformation in steam turbine maintenance， and gives the treatment principles and all kinds of common methods， including return treatment， sealant treatment and repair welding treatment and so on. Finally， an example is given to supplement the above theory， which provides a reference for the subsequent flange deformation treatment.
　　Keywords： steam turbine overhaul; cylinder flange deformation; sealant treatment; repair welding method
　　前言
　　汽轮机是现代工业生产不可或缺的重要设备，也作为大型器械的核心动力装置。该设备属于旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。在汽轮机的汽缸中，法兰变形问题时有发生，主要影响设备作业效率，降低有用功，该问题的产生原因多样，需要给予有效处理，本文就汽缸法兰变形处理工艺进行分析。
　　1 汽缸法兰变形的类型和原因
　　1.1 汽缸法兰变形的类型
　　结合现有资料，可以发现汽缸法兰变形的类型主要包括结合面变形、进汽部位变形、其他部位变形三种。结合面变形问题最为多发，约占法兰变形总数的40%到60%左右。在压力较高和中等压力汽缸的结合面，变形问题最为严重，主要体现为法兰密封面的性能下降，难以与其他部位完全吻合，会直接导致汽轮机作业效率下降。如2017年某地火电厂汽轮机出现作业效率下降问题，设备输出力功率应为680MW，实际输出较此下降5%，经分析发现高压汽缸内的法兰与螺栓等零件间出现难以吻合的问题，平行方向上的变形量超过0.7mm。
　　进汽部位变形的问题多见于大型设备、高压汽缸。该问题主要原因为持续高压作业导致设备零部件过负荷运行，出现轻微形变后无法自恢复，并在后续工作中渐渐加大，最终引发变形问题。表现为法兰过渡位置以及周边位置的普遍变形，难以通过某一个零件的处理实现问题解决。其他部位的变相包括螺栓变形、啮合部位缺损变形、轴承变形等等[1]。如2018年某地冶金工厂的大型汽轮机，出现效率下降问题，检修发现汽缸外缸中分面位置的螺栓出现损坏，无法有限连接相关零件，出现0.4mm左右的缝隙，使蒸汽外泄、设备效率下降。
　　1.2 汽缸法兰变形的原因
　　目前来看，汽缸法兰变形的原因包括三个方面，即负荷变化、缸内温度变化以及设备老化。负荷变化导致的法兰变形可能瞬间发生，该因素导致的法兰变形问题占比虽然不大，但处理上较为复杂。如火电厂的汽轮机，其单个工作日的工作负荷存在明显的变化，早间工作压力大，午间、晚间则低负荷、停止工作，在负荷变化的过程中，汽缸法兰在蒸汽冲击和温度影响下，出现很多循环式的物理变化，包括热胀、冷缩等，超过其自恢复上限后，会产生小幅的形变，最终积累为明显的变形。设备老化导致的形变，是汽缸法兰变形的主要原因。该因素存在长期、持续影响法兰工作能力的特点，如应力变化，即便技术人员能够熟练操作设备，不同负荷压力、不同的受力方向会持续使法兰出现结合面吻合度下降的问题。连接处的螺栓以及周围零件也均会在长期工作中出现不同程度的老化[2]。
　　2 汽轮机检修中汽缸法兰变形的常见处理工艺
　　2.1 处理原则
　　汽轮机检修中，汽缸法兰变形问题较为常见，一般而言，无论法兰自身出现问题还是其他零件出现问题，典型变现均为作业效率下降，无法快速甄别问题所在。此时要求暂停设备工作，静置1-2h，待设备自然冷却后，对其进行检查。原则为优先了解易发生形变部位情况，之后按形变发生率进行逐一排查[3]。 　　2.2 重大问题的返厂处理
　　汽缸法兰变形问题的处理，需要强调专业性，很多设备在破损后，无法通过使用一方给予解决，如高压汽缸的损坏、法兰的严重变形等。严重变形且未能及时更换的法兰，可能导致汽缸接触部位出现形变，使用一方的处理可能造成参数偏差，不建议强行维修。当汽缸的规格较额定规格出现1mm以上的形变，即应将法兰变形位置的汽缸进行拆卸，之后返回厂家，并出具工作负荷参数等基本信息，由生产厂家结合汽缸破损情况以及使用要求对汽缸进行密封处理，使其规格参数符合需要。如果汽缸、法兰的形变情况在可处理的范围内（小于1mm），可由使用一方进行处理，建议采用研刮法。法兰和汽缸直接基础的问题，可做标记，之后选取标准位置为参考，了解形变的发生范围和程度，在形变范围内涂抹红丹，参照标准位置予以研平。部分法兰的连接螺栓出现松动，要求利用塞尺了解形变情况，之后确定研刮面积，重点以垂直方向为参考，实现变形控制。
　　2.3 密封剂的选取和使用
　　 法兰变形问题以老化变化为主，其变形的范围往往不大，大部分无需返厂处理，可借助设备和密封剂等给予应对。如法兰变形不过0.5mm，且没有波及汽缸和螺栓，可应用密封剂对形变部位进行处理。要求收集汽轮机的作业参数，以最大负荷（包括额定最大负荷和超负荷运行模式下的负荷值）为基本参数建立分析模型，利用计算机进行参数调整，不断了解不同最大负荷下的蒸汽冲击强度，据此分析法兰形变位置所受气压的强度，同时考虑蒸汽温度导致的设备体积变化，计算获取密封处强度值下限，选取脂类复合材料进行密封处理。应注意的是，所选脂类复合材料必须具有理想的形变、自愈合能力，当蒸汽强度过大时，密封处可通过形变使强大的气压得到应对，蒸汽冲击力消失后，再借助理想的自愈合能力恢复功能。密封剂的补偿能力有限，一般不能应用于严重变形的法兰处理，其补偿的上限为0.5mm，且每周应检查一次，给予必要更换和加强。
　　2.4 局部物理强化法
　　 大型的汽轮机汽缸工作参数较大，可能产生强大的蒸汽冲击，使用密封剂无法满足封堵要求。在不更换法兰的情况下，可以采用局部物理强化法，使法兰变形问题得到解决。局部物理加强如补焊法、表面涂镀加强法、喷涂加强法等。补焊法是一种最强见的强化法，适用于无需拆卸维修的法兰部位，要求首先对形变部位进行参数收集，了解其损失程度，范围，并进行标注，之后选取标准参考位置（包括横向和纵向），建立立体化数字模型，分析补焊所需材料的大致体积和强度，选取最合理的补焊位置进行处理。补焊过程中，为避免汽缸损坏，要求首先进行预热，使汽缸温度达到150摄氏度以上，选用奥氏体焊条进行跳焊、分段补焊。初步完成补焊后，以预选位置为参照进行分析，了解补焊后的结果是否满足标准要求，去除表面残渣、毛刺，应用石棉布保温。补焊冷却后，再做精细化的表面平整处理。表面涂镀加强法、喷涂加强法的处理方法与补焊加强法类似，但原理上存在差异，涂镀要求使用点解溶液，喷涂则重视参数的精准确定，适用于形变量较小的法兰、需拆卸检修的部位等。
　　2.5 应力补充法
　　应力补充法，是指在形变法兰处进行应力加强，降低已形变法兰在后续工作中的压力，满足设备工作要求。包括螺栓应力补充、铜网应力补充等，应力补充法适用于形变量较小的法兰，一般形变量不超过0.3mm。铜网应力补充法下，要求选用120目左右的铜网，对其进行预热，提升铜网的可塑性，利用设备将其均匀放置于法兰形变部位，不能塞入的部分则直接剪断。如果铜网塞入后未能满足形变量的补充要求，可额外应用工业垫片，垫片的规格与铜网相同，但要求具有更理想的强度，以免与铜网出现挤压形变，降低密封效果，垫片材质一般以合金钢为宜。螺栓应力补充的原理较为简单，在原有螺栓禁锢的基础上，额外增加若干螺栓，应用设备进行二次紧固。一般于法兰变形位置选取2-3个紧固点，利用设备打孔，将螺栓置入，之后施加较大的外力，使法兰的形变位置重新与其他零件完成吻合。螺栓应力补充会对已经形变的法兰造成一定的破坏，其适用于形变情况较为轻微的汽缸[4]。
　　3 实例分析
　　 2018年4月，河北某地火电厂汽轮机出现故障，持续2个月出现效率下降问题，其标准输出力为650MW，但2月份平均输出力为647MW，3月份进一步将至645MW，进入4月份后，已经达不到640MW。该厂起初认为设备出现老化，对一些动力装置、作用部分进行更换，设备性能无明显改善。其后与厂方取得联系，寻求帮助。厂方技术人员到达火电厂后，对汽轮机的现场作业流程进行分析，发现并无異常，进一步搜集该厂工作资料，发现春节期间汽轮机作业压力过大，且昼夜变化明显，初步判定汽缸法兰出现问题，导致缸内压力和设备效率下降。暂停汽轮机作业后，技术人员检查发现高压汽缸法兰出现了0.44mm的形变，建议该厂通过焊补法进行处理，次日完成法兰焊补，实测法兰形变问题得到解决。其后工作中，汽轮机输出力达到650WM，效率恢复。
　　4 结束语
　　综上，汽缸法兰变形的情况虽然不同，但其类型和原因相对固定，处理上也有迹可循。汽轮机检修中的汽缸法兰变形多出现在过渡位置和结合面。原因包括负荷变化、缸内温度变化以及设备老化等。处理原则为根据变形部位确定调整参数，具体方式则较为多样，可根据实际需要选取，包括返厂处理、密封剂处理以及补焊法处理等。实例分析证明了上述理论的价值，可作为积极经验予以参考。
　　参考文献：
　　[1]张国良.试析状态检修在汽轮机检修中的应用和探讨[J].中国新技术新产品，2019（02）：87-88.
　　[2]罗兴祥.关于汽轮机检修中状态检修的实际应用分析[J].智能城市，2018，4（24）：67-68.
　　[3]王磊刚.论火电厂汽轮机辅机检修管理现状及其应对措施[J].内燃机与配件，2018（16）：136-137.
　　[4]李海波.试论汽轮机检修中油系统的常见故障及处理途径[J].科学技术创新，2017（31）：29-30.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14870539.htm