某电厂300MW供热机组高压供热减压阀阀杆多次断裂原因分析及预防措施

1 前言

某电厂300MW供热机组高压供热减压阀设计参数为：进口压力17.6MPa，进口温度 546℃，接管¢159×17，出口压力 4.65MPa，出口温度486℃，接管¢325×25。高压供热减压阀运行参数为：双机供气，50～120t/h，单机供气 100t/h，运行压力 14～16.5MPa，运行温度 530～540℃，运行周期4年。

2017 年该供热减压阀经过检修后，共计发生5次阀杆断裂，经过认真、细致的分析研究，最终弄清楚了阀杆断裂的真正原因，并采取了措施，解决了该阀阀杆断裂的问题。

2 阀杆断裂的经过

2017 年8月9日，该阀门经过检修后，运行中蒸汽流量从40T/H下降至0T/H，初步判断阀杆断裂阀芯脱落，解体后检查发现阀杆与阀芯连接处断裂，阀芯活塞环脱落，加工新阀杆（材质：2Cr13）后回装，经过运行一段时间后就再次发生断裂。经过5次的阀杆断裂，对断裂处进行外观检查，对断裂的阀杆进行了比较，发现断裂位置均处于同一位置，并且减压阀阀杆与预起阀连接销子处阀杆有多处裂纹，阀芯与阀笼表面氧化，有少量氧化皮。

3 阀杆断裂的原因分析

3.1 前四次阀杆断裂原因分析

（1）减压阀自2011年投产以来，没有进行定期检修检查，运行周期长，阀门部件老化。安装新的电动头力矩过大，与阀门不配套。

（2）由于减压阀B从无检修，仓库无备件，委托外委加工阀杆，加工工艺满足不了工艺要求。此阀门是进口阀门，材质不详，阀杆暂时采用材质为2Cr13代替，但是没有在高温下进行热处理，消除应力。

（3）阀杆设计非常细小，填料又常用摩擦系数小的四氟填料减少压差，但阀杆细，则易弯，填料寿命也短，所以阀杆容易断裂。

（4）调节阀阀杆根部螺纹处的直径与阀杆相同，螺纹根部加工尖角较严重，形成了较大的应力集中部位，这是阀杆从这一部位断裂的直接原因。

（5）阀杆经过氮化处理，脆性较大。制造厂家在阀杆表面热处理时，为提高阀杆的耐磨性能和整体抗疲劳性能，进行了氮化处理，氮化处理是在整个阀杆表面进行的，没有考虑阀杆根部丝扣处因变径及螺纹尖角造成的应力集中，因此在设备低负荷下阀杆发生振动时，此处易发生断裂。

3.2 第五次阀杆断裂原因分析

（1）此阀门主要起调节作用，操作频繁、日常开度较小，阀笼与阀芯之间表面有氧化皮间隙过小，阀芯膨胀，阀杆偏离中心，阀杆开启阻力加大，容易造成阀杆断裂。

（2）长期低频振动，目前外网供热负荷变动较大，减压阀频繁启动，当汽流的脉动压力频率和阀杆的固有频率相一致时，将产生共振。共振发生时阀碟会有强烈的横向和纵向振动，造成阀杆的窜动、偏斜或旋转。长期运行状态下阀杆端部螺纹这一应力集中部位的疲劳裂纹不断扩展，在启停等工况瞬时变动的情况下，还有很大的冲击力，易引起阀杆断裂。

（3）阀杆与阀杆套间隙大，阀杆套与阀杆的间隙增大增加了阀杆的振动，经过一段时间运行后的阀杆、阀杆套、阀碟各个部件均有氧化皮存在，尤其是阀杆套表面，有许多氧化皮已经脱落，造成了阀头表面的磨损，影响了阀门的严密，有时甚至会导致减压阀的卡涩。阀杆间隙的增大虽然解决了阀杆卡涩问题，但降低了阀杆套对阀杆振动的控制作用，一定程度上加速了阀杆的疲劳断裂。另外，阀碟被脱落的氧化皮磨损后造成的结合不严也会加大阀杆的振动。

（4）热网供热系统的汽水品质较差，容易造成阀芯结垢等现象，增大了阀门运行阻力。

（5）调阀阀座周围有6个φ6mm进气孔但与阀芯没有直接相通，运行过程中阀芯中心点预热慢，膨胀缓慢

4 处理方案及预防措施

（1）经过讨论决定，阀杆材质由原来2Cr13更改为主汽门阀杆材质15CrMo，并进行热处理，阀芯与阀笼补焊后再加工，间隙放大至单边间隙0.2mm，调阀阀座底部中心位置加工一个φ6mm对穿孔，按要求回装阀门，到目前为止阀门运行正常。

（2）建议改进阀杆的结构设计，提高排汽孔处的承载能力，保证排汽孔内表面的粗糙度达到工艺要求，对排汽孔边缘应做圆角过渡处理，减小应力集中效应。严把材质检验关，确保阀杆的材质检验结果符合技术要求。

（3）严格按要求测量被加工件尺寸，复查加工件尺寸，对于数据及工艺不符合要求的加工件不予接收。

（4）在具备检修条件的前提下，定期对投入运行多年，且无检修历史的设备进行定期进行检修检查。收集相关阀门技术资料，了解设备结构，并采购好相应的设备备件，尽量减少外委加工，加强检修人员检修技能培训，提高检修人员素质，避免在检修过程中对设备进行二次伤害。

（5）增大阀杆根部螺扣部位的直径，尽量避免阀杆汽封沟槽、各变径部位及螺纹根部出现尖角，并尽量降低各部位表面粗糙度，改善整个阀杆的应力集中状况。

（6）在不改变减压阀结构的前提下，即适当提高低负荷下开度较小的减压阀开度，以减轻阀杆振动的程度，改善调节汽门工作条件。

（7）在保证不会造成阀杆卡涩的前提下，应使阀杆间隙尽量小。采用抗高温氧化能力更强的材料取代减压阀阀杆套上抗氧化性能较差的材质，或在阀套与阀杆表面涂镀一层抗高温氧化能力更强的金属来减缓氧化皮的产生速度，以保证阀杆套和阀杆之间的间隙尽量小。

（8）阀杆螺丝根部因表面氮化处理而脆性增大，阀杆发生振动时在这一应力集中部位更易造成断裂。在新阀杆进行表面氮化处理这一热处理工艺时，阀杆螺丝根部应不再进行氮化处理。

5 结束语

减压阀阀杆的断裂，对机组的供热存在严重影响，本文着重分析了供热减压阀阀杆断裂的原因，介绍了处理方法及预防措施，避免了今后同类型阀门阀杆断裂事件的再次发生。