試論汽輪機檢修中的汽缸法蘭變形處理工藝
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摘 要：汽缸法蘭變形問題在汽輪機中較為多見，影響設備正常工作，降低作業效率，也可能引發安全問題?；诖?，文章以汽缸法蘭變形的類型和原因作為切入點，予以簡述，再以此為基礎，重點分析汽輪機檢修中的汽缸法蘭變形處理工藝，給出處理原則和各類常見方法，包括返廠處理、密封劑處理以及補焊法處理等。最后結合實例對上述理論進行補充說明，為后續法蘭變形處理工作提供參考。
關鍵詞：汽輪機檢修;汽缸法蘭變形;密封劑處理;補焊法
中圖分類號：TK268 文獻標志碼：A 文章編號：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
汽輪機是現代工業生產不可或缺的重要設備，也作為大型器械的核心動力裝置。該設備屬于旋轉式蒸汽動力裝置，高溫高壓蒸汽穿過固定噴嘴成為加速的氣流后噴射到葉片上，使裝有葉片排的轉子旋轉，同時對外做功。在汽輪機的汽缸中，法蘭變形問題時有發生，主要影響設備作業效率，降低有用功，該問題的產生原因多樣，需要給予有效處理，本文就汽缸法蘭變形處理工藝進行分析。
1 汽缸法蘭變形的類型和原因
1.1 汽缸法蘭變形的類型
結合現有資料，可以發現汽缸法蘭變形的類型主要包括結合面變形、進汽部位變形、其他部位變形三種。結合面變形問題最為多發，約占法蘭變形總數的40%到60%左右。在壓力較高和中等壓力汽缸的結合面，變形問題最為嚴重，主要體現為法蘭密封面的性能下降，難以與其他部位完全吻合，會直接導致汽輪機作業效率下降。如2017年某地火電廠汽輪機出現作業效率下降問題，設備輸出力功率應為680MW，實際輸出較此下降5%，經分析發現高壓汽缸內的法蘭與螺栓等零件間出現難以吻合的問題，平行方向上的變形量超過0.7mm。
進汽部位變形的問題多見于大型設備、高壓汽缸。該問題主要原因為持續高壓作業導致設備零部件過負荷運行，出現輕微形變后無法自恢復，并在后續工作中漸漸加大，最終引發變形問題。表現為法蘭過渡位置以及周邊位置的普遍變形，難以通過某一個零件的處理實現問題解決。其他部位的變相包括螺栓變形、嚙合部位缺損變形、軸承變形等等[1]。如2018年某地冶金工廠的大型汽輪機，出現效率下降問題，檢修發現汽缸外缸中分面位置的螺栓出現損壞，無法有限連接相關零件，出現0.4mm左右的縫隙，使蒸汽外泄、設備效率下降。
1.2 汽缸法蘭變形的原因
目前來看，汽缸法蘭變形的原因包括三個方面，即負荷變化、缸內溫度變化以及設備老化。負荷變化導致的法蘭變形可能瞬間發生，該因素導致的法蘭變形問題占比雖然不大，但處理上較為復雜。如火電廠的汽輪機，其單個工作日的工作負荷存在明顯的變化，早間工作壓力大，午間、晚間則低負荷、停止工作，在負荷變化的過程中，汽缸法蘭在蒸汽沖擊和溫度影響下，出現很多循環式的物理變化，包括熱脹、冷縮等，超過其自恢復上限后，會產生小幅的形變，最終積累為明顯的變形。設備老化導致的形變，是汽缸法蘭變形的主要原因。該因素存在長期、持續影響法蘭工作能力的特點，如應力變化，即便技術人員能夠熟練操作設備，不同負荷壓力、不同的受力方向會持續使法蘭出現結合面吻合度下降的問題。連接處的螺栓以及周圍零件也均會在長期工作中出現不同程度的老化[2]。
2 汽輪機檢修中汽缸法蘭變形的常見處理工藝
2.1 處理原則
汽輪機檢修中，汽缸法蘭變形問題較為常見，一般而言，無論法蘭自身出現問題還是其他零件出現問題，典型變現均為作業效率下降，無法快速甄別問題所在。此時要求暫停設備工作，靜置1-2h，待設備自然冷卻后，對其進行檢查。原則為優先了解易發生形變部位情況，之后按形變發生率進行逐一排查[3]。 2.2 重大問題的返廠處理
汽缸法蘭變形問題的處理，需要強調專業性，很多設備在破損后，無法通過使用一方給予解決，如高壓汽缸的損壞、法蘭的嚴重變形等。嚴重變形且未能及時更換的法蘭，可能導致汽缸接觸部位出現形變，使用一方的處理可能造成參數偏差，不建議強行維修。當汽缸的規格較額定規格出現1mm以上的形變，即應將法蘭變形位置的汽缸進行拆卸，之后返回廠家，并出具工作負荷參數等基本信息，由生產廠家結合汽缸破損情況以及使用要求對汽缸進行密封處理，使其規格參數符合需要。如果汽缸、法蘭的形變情況在可處理的范圍內（小于1mm），可由使用一方進行處理，建議采用研刮法。法蘭和汽缸直接基礎的問題，可做標記，之后選取標準位置為參考，了解形變的發生范圍和程度，在形變范圍內涂抹紅丹，參照標準位置予以研平。部分法蘭的連接螺栓出現松動，要求利用塞尺了解形變情況，之后確定研刮面積，重點以垂直方向為參考，實現變形控制。
2.3 密封劑的選取和使用
法蘭變形問題以老化變化為主，其變形的范圍往往不大，大部分無需返廠處理，可借助設備和密封劑等給予應對。如法蘭變形不過0.5mm，且沒有波及汽缸和螺栓，可應用密封劑對形變部位進行處理。要求收集汽輪機的作業參數，以最大負荷（包括額定最大負荷和超負荷運行模式下的負荷值）為基本參數建立分析模型，利用計算機進行參數調整，不斷了解不同最大負荷下的蒸汽沖擊強度，據此分析法蘭形變位置所受氣壓的強度，同時考慮蒸汽溫度導致的設備體積變化，計算獲取密封處強度值下限，選取脂類復合材料進行密封處理。應注意的是，所選脂類復合材料必須具有理想的形變、自愈合能力，當蒸汽強度過大時，密封處可通過形變使強大的氣壓得到應對，蒸汽沖擊力消失后，再借助理想的自愈合能力恢復功能。密封劑的補償能力有限，一般不能應用于嚴重變形的法蘭處理，其補償的上限為0.5mm，且每周應檢查一次，給予必要更換和加強。
2.4 局部物理強化法
大型的汽輪機汽缸工作參數較大，可能產生強大的蒸汽沖擊，使用密封劑無法滿足封堵要求。在不更換法蘭的情況下，可以采用局部物理強化法，使法蘭變形問題得到解決。局部物理加強如補焊法、表面涂鍍加強法、噴涂加強法等。補焊法是一種最強見的強化法，適用于無需拆卸維修的法蘭部位，要求首先對形變部位進行參數收集，了解其損失程度，范圍，并進行標注，之后選取標準參考位置（包括橫向和縱向），建立立體化數字模型，分析補焊所需材料的大致體積和強度，選取最合理的補焊位置進行處理。補焊過程中，為避免汽缸損壞，要求首先進行預熱，使汽缸溫度達到150攝氏度以上，選用奧氏體焊條進行跳焊、分段補焊。初步完成補焊后，以預選位置為參照進行分析，了解補焊后的結果是否滿足標準要求，去除表面殘渣、毛刺，應用石棉布保溫。補焊冷卻后，再做精細化的表面平整處理。表面涂鍍加強法、噴涂加強法的處理方法與補焊加強法類似，但原理上存在差異，涂鍍要求使用點解溶液，噴涂則重視參數的精準確定，適用于形變量較小的法蘭、需拆卸檢修的部位等。
2.5 應力補充法
應力補充法，是指在形變法蘭處進行應力加強，降低已形變法蘭在后續工作中的壓力，滿足設備工作要求。包括螺栓應力補充、銅網應力補充等，應力補充法適用于形變量較小的法蘭，一般形變量不超過0.3mm。銅網應力補充法下，要求選用120目左右的銅網，對其進行預熱，提升銅網的可塑性，利用設備將其均勻放置于法蘭形變部位，不能塞入的部分則直接剪斷。如果銅網塞入后未能滿足形變量的補充要求，可額外應用工業墊片，墊片的規格與銅網相同，但要求具有更理想的強度，以免與銅網出現擠壓形變，降低密封效果，墊片材質一般以合金鋼為宜。螺栓應力補充的原理較為簡單，在原有螺栓禁錮的基礎上，額外增加若干螺栓，應用設備進行二次緊固。一般于法蘭變形位置選取2-3個緊固點，利用設備打孔，將螺栓置入，之后施加較大的外力，使法蘭的形變位置重新與其他零件完成吻合。螺栓應力補充會對已經形變的法蘭造成一定的破壞，其適用于形變情況較為輕微的汽缸[4]。
3 實例分析
2018年4月，河北某地火電廠汽輪機出現故障，持續2個月出現效率下降問題，其標準輸出力為650MW，但2月份平均輸出力為647MW，3月份進一步將至645MW，進入4月份后，已經達不到640MW。該廠起初認為設備出現老化，對一些動力裝置、作用部分進行更換，設備性能無明顯改善。其后與廠方取得聯系，尋求幫助。廠方技術人員到達火電廠后，對汽輪機的現場作業流程進行分析，發現并無異常，進一步搜集該廠工作資料，發現春節期間汽輪機作業壓力過大，且晝夜變化明顯，初步判定汽缸法蘭出現問題，導致缸內壓力和設備效率下降。暫停汽輪機作業后，技術人員檢查發現高壓汽缸法蘭出現了0.44mm的形變，建議該廠通過焊補法進行處理，次日完成法蘭焊補，實測法蘭形變問題得到解決。其后工作中，汽輪機輸出力達到650WM，效率恢復。
4 結束語
綜上，汽缸法蘭變形的情況雖然不同，但其類型和原因相對固定，處理上也有跡可循。汽輪機檢修中的汽缸法蘭變形多出現在過渡位置和結合面。原因包括負荷變化、缸內溫度變化以及設備老化等。處理原則為根據變形部位確定調整參數，具體方式則較為多樣，可根據實際需要選取，包括返廠處理、密封劑處理以及補焊法處理等。實例分析證明了上述理論的價值，可作為積極經驗予以參考。
參考文獻：
[1]張國良.試析狀態檢修在汽輪機檢修中的應用和探討[J].中國新技術新產品，2019（02）：87-88.
[2]羅興祥.關于汽輪機檢修中狀態檢修的實際應用分析[J].智能城市，2018，4（24）：67-68.
[3]王磊剛.論火電廠汽輪機輔機檢修管理現狀及其應對措施[J].內燃機與配件，2018（16）：136-137.
[4]李海波.試論汽輪機檢修中油系統的常見故障及處理途徑[J].科學技術創新，2017（31）：29-30.
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