在現(xiàn)代熱力發(fā)電機(jī)組水汽、油氣等系統(tǒng)中閥門(mén)有著廣泛的應(yīng)用，起到截?cái)嗪驼{(diào)節(jié)等重要作用。龐大繁雜的發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)中，閥門(mén)數(shù)量多且分布廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每臺(tái)熱力發(fā)電機(jī)組僅重要的電動(dòng)（氣動(dòng)）閥門(mén)就配備幾十到幾百個(gè)不等。若閥門(mén)發(fā)生故障，可能造成整個(gè)系統(tǒng)超壓、超溫，導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，甚至造成汽輪機(jī)飛車(chē)等重大安全問(wèn)題。此外，閥門(mén)故障可能造成水汽、油氣泄漏，不僅導(dǎo)致工質(zhì)浪費(fèi)，還降低了機(jī)組運(yùn)行的可靠性及經(jīng)濟(jì)性。因此，閥門(mén)材質(zhì)、日常檢修及閥門(mén)泄漏后的技術(shù)分析工作對(duì)機(jī)組的健康安全運(yùn)行十分重要。

在熱力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)中，閥門(mén)的泄漏通常由腐蝕引起。腐蝕的種類(lèi)包括氧腐蝕、析氫腐蝕、應(yīng)力腐蝕、鍋爐的運(yùn)行腐蝕、汽水腐蝕、鍋爐受熱面煙氣側(cè)的高溫腐蝕等。其中，金屬與氧接觸發(fā)生的氧腐蝕是熱力設(shè)備中常見(jiàn)的腐蝕。

亞臨界一次中間再熱凝汽式汽輪機(jī)組，單軸、雙缸雙排汽，高、中壓合缸，高壓缸采用雙層結(jié)構(gòu)，低壓缸為對(duì)稱(chēng)分流式雙層結(jié)構(gòu)。機(jī)組通流級(jí)數(shù)共27級(jí)，高壓缸由1個(gè)單列調(diào)節(jié)級(jí)和8個(gè)壓力級(jí)組成，中壓缸由6個(gè)壓力級(jí)構(gòu)成，低壓缸為2×6個(gè)壓力級(jí)。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中再熱冷段管道高排逆止閥后疏水管一次閥門(mén)發(fā)生泄漏，直至停機(jī)，機(jī)組已累計(jì)運(yùn)行超過(guò)8萬(wàn)小時(shí)。

異常停運(yùn)情況

機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，工作人員巡檢發(fā)現(xiàn)高排逆止閥后疏水手動(dòng)閥附近有蒸汽冒出，對(duì)高排逆止閥后疏水手動(dòng)閥進(jìn)行檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)高排逆止閥后疏水手動(dòng)閥閥體存在泄漏情況。通過(guò)調(diào)閱機(jī)組運(yùn)行參數(shù)發(fā)現(xiàn)，在機(jī)組60%的負(fù)荷下，給水流量超過(guò)主汽流量約60 t/h，閥門(mén)泄漏量接近鍋爐蒸發(fā)量的10%，高壓排汽管道逆止閥后疏水門(mén)閥體泄漏無(wú)法維持運(yùn)行，泄漏閥門(mén)前無(wú)截止閥門(mén)，無(wú)法隔離處理。為保證運(yùn)行人員及熱力設(shè)備安全，決定停機(jī)處理。

閥門(mén)泄漏檢查

1.閥門(mén)基本情況

汽輪機(jī)高壓缸排氣經(jīng)兩根Φ558.8×16.66 mm的高排管道（材質(zhì)為A672B70CL32）引出高壓缸，兩根高排管道上各有一個(gè)逆止閥，逆止閥后的兩根高排管道匯成一根Φ812.8×21 mm的再熱冷段管道（材質(zhì)為A672B70CL32），再熱冷段管道上布置一條疏水管，如圖1所示，圖中圓圈處即為疏水管連接處。疏水管從連接處向下約60 mm后沿水平走向疏水?dāng)U容器，約20 m后為泄漏的手動(dòng)閥門(mén)，閥門(mén)型號(hào)為J41H-64，通徑為DN65，公稱(chēng)壓力為6.4 MPa，閥門(mén)材質(zhì)為WCB。

2.閥門(mén)外部檢查

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組汽機(jī)高排逆止閥后疏水手動(dòng)閥泄漏，如圖2所示。從圖中可以看出，泄漏部位位于閥體位置，漏點(diǎn)邊緣不光滑，有毛刺，呈典型的吹損孔洞特征。從外表面對(duì)閥體漏點(diǎn)尺寸進(jìn)行測(cè)量，漏點(diǎn)長(zhǎng)約5.86 mm，寬約4.62 mm。

3.閥門(mén)內(nèi)部檢查

對(duì)閥門(mén)進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn)，閥座接合面較為光潔平整，閥座內(nèi)表面有較多腐蝕坑和腐蝕鼓包，如局部腐蝕較為嚴(yán)重，閥座靠近接合面位置有一穿孔，正對(duì)閥座穿孔位置的閥體上有一相對(duì)較大穿孔，該孔即為閥體的漏點(diǎn)，沿閥體厚度方向呈喇叭狀，外小內(nèi)大。漏點(diǎn)附近區(qū)域的閥體內(nèi)壁有沖刷痕跡，呈淺溝槽和淺坑狀。對(duì)閥瓣進(jìn)行檢查，閥瓣與閥座接合區(qū)域較為光潔，無(wú)異常，閥瓣與閥門(mén)上游空間接觸區(qū)域分布有腐蝕坑，腐蝕外觀形貌與閥座內(nèi)表面類(lèi)似。閥瓣側(cè)面正對(duì)閥體漏點(diǎn)區(qū)域有吹損痕跡，蒸汽從閥座穿孔吹出后被閥體阻擋折射至閥瓣側(cè)面，導(dǎo)致閥瓣被吹損。對(duì)吹損區(qū)域進(jìn)行尺寸測(cè)量，吹損區(qū)域長(zhǎng)約38.24 mm，寬約20.14 mm，最深處約1.76 mm。根據(jù)檢查情況推斷，閥座腐蝕穿孔引起閥門(mén)內(nèi)漏，蒸汽從閥門(mén)上游泄漏至下游，對(duì)閥體內(nèi)表面進(jìn)行吹蝕，導(dǎo)致閥體穿孔泄漏。

腐蝕原因分析及解決方法

檢查完成后，可采取以下解決措施：首先，對(duì)材質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，排除材料性能不合格導(dǎo)致的腐蝕現(xiàn)象；其次，檢查電廠的日常檢修工作，核實(shí)閥門(mén)的更換、維護(hù)情況，提取工作線索；最后，查找專(zhuān)業(yè)資料和經(jīng)驗(yàn)案例進(jìn)行技術(shù)分析，提出防范措施。

1. 閥門(mén)材質(zhì)檢測(cè)與日常檢查

2. 閥門(mén)常用材質(zhì)及材質(zhì)檢測(cè)

火力發(fā)電廠常用的閥門(mén)材質(zhì)包含碳鋼系列（WCB）、不銹鋼、合金鋼等。WCB適用于-29 ℃至425 ℃工況，其典型化學(xué)成分為C≤0.30%、Si≤0.60%、Mn≤1.00%，熱力發(fā)電廠中90%以上的中低壓疏水閥門(mén)采用此類(lèi)材質(zhì)。不銹鋼系列用于腐蝕性介質(zhì)、低溫環(huán)境，其耐蝕性能較WCB有較大提升。合金鋼系列適用于高溫高壓工況，高溫強(qiáng)度較WCB提高40%以上?；诔杀驹颍讳P鋼系列及合金鋼系列主要用于除鹽水、調(diào)節(jié)閥等特殊介質(zhì)或重要部位。

泄漏閥門(mén)處于再熱管道的疏水管道，閥門(mén)材質(zhì)應(yīng)為WCB鑄造碳鋼。WCB鑄造碳鋼是以碳為主要強(qiáng)化元素的鋼種，具有良好的可靠性和安全性，目前廣泛用于閥門(mén)鑄件。其材料要求Mn≤1.00%，材料中的Mn與S形成MnS，呈點(diǎn)狀分布于晶界上，有一定塑性；此外，Mn還可細(xì)化晶粒，有助于改善材料性能。對(duì)閥門(mén)材質(zhì)進(jìn)行光譜檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示閥門(mén)材料Fe含量為99.29%，其他成分檢測(cè)結(jié)果與材料要求對(duì)比見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，閥門(mén)材料的化學(xué)成分含量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)材質(zhì)WCB的標(biāo)準(zhǔn)要求，腐蝕泄漏原因與閥門(mén)材料無(wú)直接聯(lián)系。

①. 閥門(mén)日常檢查

閥門(mén)常見(jiàn)的泄漏形式分為閥門(mén)外漏和閥門(mén)內(nèi)漏，泄漏現(xiàn)象常見(jiàn)于密封機(jī)構(gòu)及閥體等位置。一旦發(fā)生泄漏，工質(zhì)從泄漏口流出會(huì)造成流量、壓力損失，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程中能耗增加、成本升高、經(jīng)濟(jì)性降低。如果泄漏位置為抗燃油、汽輪機(jī)油、柴油、氫氣等易燃易爆介質(zhì)，則機(jī)組將失去控制，甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸等問(wèn)題，嚴(yán)重影響發(fā)電設(shè)備、人員的安全。因此，閥門(mén)的日常檢修維護(hù)及泄漏治理對(duì)提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性等方面具有關(guān)鍵作用。

針對(duì)閥門(mén)泄漏情況，對(duì)機(jī)組閥門(mén)的日常檢修維護(hù)情況進(jìn)行了排查。通過(guò)查閱檢修計(jì)劃、檢修記錄等資料發(fā)現(xiàn)：泄漏的閥門(mén)自投產(chǎn)后已隨機(jī)組運(yùn)行超過(guò)8萬(wàn)小時(shí)，未進(jìn)行過(guò)更換；該熱電廠在機(jī)組檢修過(guò)程中僅對(duì)泄漏疏水閥門(mén)的閥座和閥瓣進(jìn)行了研磨作業(yè)；日常檢修工作中缺少對(duì)內(nèi)漏、閥內(nèi)腐蝕情況的檢查。由于未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)閥門(mén)內(nèi)部存在腐蝕坑的情況，在運(yùn)行、停備過(guò)程中腐蝕向閥門(mén)深層次發(fā)展，失去了最佳的處理時(shí)機(jī)。

②腐蝕產(chǎn)生過(guò)程分析

根據(jù)該閥門(mén)的腐蝕特征，可以推斷出該閥門(mén)的泄漏是閥門(mén)內(nèi)漏引起的氧腐蝕。在火力發(fā)電廠檢修工作中，閥門(mén)內(nèi)漏的檢查管理是一項(xiàng)重要而長(zhǎng)期的工作，閥門(mén)內(nèi)漏管理工作的好壞直接決定機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能降耗水平。閥門(mén)內(nèi)漏得不到有效解決，則機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的疏水及進(jìn)入的氧氣就易發(fā)生氧腐蝕。

金屬氧腐蝕一般與下列因素有關(guān)：溶解氧、pH值、水溫、水質(zhì)、熱負(fù)荷和水流速度等，其中的溶解氧和pH值是最重要的兩個(gè)影響因素。鍋爐的金屬氧腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。如圖4所示，氧腐蝕在鋼材表面發(fā)生時(shí)，金屬基體與氧產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物會(huì)在局部快速堆積，形成氧化鐵堆積層，對(duì)金屬基體形成覆蓋，與氧氣形成一定程度的隔絕狀態(tài)。這種隔絕不僅不會(huì)降低氧腐蝕的速度，還會(huì)加速氧腐蝕向基體深處發(fā)展，造成金屬壁厚快速減薄，甚至在氯離子或酸堿性環(huán)境下產(chǎn)生氫脆或堿脆，對(duì)機(jī)組帶來(lái)極大的安全隱患。

當(dāng)氧腐蝕發(fā)生時(shí)，氧化鐵堆積層下形成了缺氧活化陽(yáng)極區(qū)與外部富氧陰極區(qū)，進(jìn)而發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。兩區(qū)域發(fā)生的反應(yīng)如下：

陽(yáng)極區(qū)域化學(xué)反應(yīng)：Fe-2e→Fe2+

陰極區(qū)域化學(xué)反應(yīng)：O2+2H2O+4e—→4OH—

總化學(xué)反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O→2Fe2++4OH—

化學(xué)反應(yīng)初期產(chǎn)生的主要腐蝕性產(chǎn)物為低價(jià)亞鐵離子，在氧化環(huán)境中，低價(jià)亞鐵離子被氧化為FeOOH及Fe(OH)3，繼續(xù)生成穩(wěn)定的Fe3O4和Fe2O3。

基于以上氧腐蝕原理，閥門(mén)內(nèi)部基體長(zhǎng)時(shí)間在疏水及氧氣環(huán)境中發(fā)生了氧腐蝕，并在腐蝕區(qū)域形成微小的腐蝕坑，生成的腐蝕產(chǎn)物Fe3O4和Fe2O3為疏松多孔狀態(tài)。這些產(chǎn)物機(jī)械強(qiáng)度低、附著力差，使基體處于裸露狀態(tài)，且在腐蝕坑上部堆積；堆積物易吸附水分、氧氣等，導(dǎo)致腐蝕坑面積不斷擴(kuò)大，并向材料深處發(fā)展。同時(shí)，冷凝疏水的pH值低于運(yùn)行期間水汽的pH值，且金屬表面隱藏沉積的腐蝕性氯離子等陰離子在疏水中溶解析出，受電化學(xué)反應(yīng)的影響，疏水中的氯離子等有害離子會(huì)不斷富集于腐蝕坑內(nèi)部，加速腐蝕坑的發(fā)展，最終導(dǎo)致腐蝕泄漏的發(fā)生。

3.處理方法及防范措施

對(duì)泄漏閥門(mén)進(jìn)行拆卸并更換新的閥門(mén)。為防止此類(lèi)情況再次發(fā)生，針對(duì)上述分析，采取以下防范措施：

（1）合理設(shè)置高排逆止閥后疏水手動(dòng)閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，為保證疏水的及時(shí)性，建議將高排逆止閥后疏水手動(dòng)閥設(shè)置為常開(kāi)狀態(tài)。

（2）加強(qiáng)高排逆止閥后疏水氣動(dòng)閥的檢修管理。對(duì)于關(guān)閉不嚴(yán)的高排逆止閥后疏水氣動(dòng)閥，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢修，嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝。

（3）增加必要的檢查項(xiàng)目。對(duì)解體檢查、檢修的閥門(mén)，在處理過(guò)程中采用內(nèi)窺鏡等手段對(duì)閥門(mén)臨近焊接管道的腐蝕情況進(jìn)行檢查，若存在異常腐蝕情況應(yīng)及時(shí)處理。

（4）對(duì)同類(lèi)型閥門(mén)進(jìn)行排查。一是排查疏水二次閥門(mén)的功能可靠性，若有問(wèn)題應(yīng)及時(shí)檢修；二是排查疏水一次閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，若開(kāi)關(guān)狀態(tài)設(shè)置不合理，需及時(shí)調(diào)整；三是排查疏水一次閥門(mén)的設(shè)備狀態(tài)，觀察是否存在內(nèi)漏、腐蝕嚴(yán)重等情況，若閥門(mén)存在隱患，應(yīng)及時(shí)檢修或更換。

（5）為了防止閥門(mén)出現(xiàn)內(nèi)漏問(wèn)題，需要相關(guān)管理人員結(jié)合實(shí)際情況制定正確的閥門(mén)使用方法。對(duì)工作人員的操作行為進(jìn)行良好的約束以及管理，防微杜漸；在開(kāi)關(guān)閥門(mén)過(guò)程中，關(guān)斷型閥門(mén)在正常情況下要達(dá)到極限狀態(tài)，如全開(kāi)或全關(guān)，不能使閥門(mén)處于半開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以保證閥門(mén)不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)漏。

閥門(mén)作為熱力發(fā)電系統(tǒng)中的普遍使用的基礎(chǔ)部件，一旦泄漏引起機(jī)組停機(jī)會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，閥門(mén)材質(zhì)滿(mǎn)足要求，造成閥門(mén)泄漏的直接原因?yàn)殚y座氧腐蝕造成穿孔、內(nèi)漏，高壓蒸汽從腐蝕孔通過(guò)時(shí)對(duì)閥體內(nèi)表面造成吹損，最終引起閥體穿孔泄漏。由于使用數(shù)量大以及使用環(huán)境、使用介質(zhì)等多重因素的影響，發(fā)電廠檢修人員難以在每個(gè)檢修期間對(duì)所有閥門(mén)的狀態(tài)進(jìn)行檢查和維修，只能采取輪檢或抽查的方式進(jìn)行處理，但隨著新型電力系統(tǒng)的建立，機(jī)組啟停次數(shù)、停備用時(shí)間均有大幅增加，很多閥門(mén)暴露在易發(fā)生氧腐蝕的環(huán)境中，閥門(mén)發(fā)生氧腐蝕穿孔的可能性增加。熱力發(fā)電企業(yè)應(yīng)根據(jù)新的形勢(shì)對(duì)易發(fā)生氧腐蝕的閥門(mén)增加檢查和維護(hù)頻次，及早發(fā)現(xiàn)隱患，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

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