Ремонт пароводяной арматуры

М. И. ИМБРИЦКИЙ
РЕМОНТ АРМАТУРЫ
Издание 2-е, переработанное и дополненное
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА       1963   ЛЕНИНГРАД
В книге рассмотрены методы ремонта и модернизации пароводяной арматуры, рассчитанной на высокие и сверхвысокие параметры рабочей среды. Указаны материалы, применяемые при ремонте. Описаны приспособления и специальный инструмент, способствующие повышению качества и сокращения сроков ремонта арматуры.
Книга предназначена для инженеров, техников, бригадиров и слесарей, занимающихся ремонтом арматуры. Она может быть использована в качестве учебного пособия на курсах по подготовке мастеров и ремонтников.
Имбрицкий Матвей Иосифович

ПРЕДИСЛОВИЕ

Надежность работы современного теплосилового оборудования электростанций в значительной степени зависит от состояния пароводяной арматуры, количество которой измеряется тысячами единиц на блок. Так, например, на блоке сверхкритического давления (турбина К-300-240 и котел ТПП-НО) установлено около 1 800 единиц арматуры. Выход из строя некоторых видов арматуры может повлечь аварийную остановку блока. Экономичность работы электростанций определяется имеющимися непроизводительными потерями, среди которых значительный процент занимают потери конденсата. Проведенный ОРГРЭС анализ потерь конденсата на ряде электростанций показал, что основной причиной этих потерь являются неплотности арматуры. По данным электростанций, имеющих минимальные потери конденсата, снижение этих потерь на 1% при мощности агрегатов 500 МВт дает годовую экономию около 10 тыс. т условного топлива.
В книге рассмотрены современные конструкции арматуры, рассчитанной на высокие и сверхкритические параметры пара, даны анализ причин и характер повреждений арматуры, приведены рекомендации по рациональным методам ее ремонта и восстановления.
Учитывая, что в ближайшие годы советским энергетикам предстоит осваивать энергетическое оборудование на сверхкритические параметры пара, в книге значительное место уделено вопросам рационального ремонта и эксплуатации арматуры блоков с паровыми турбинами мощностью 200 и 300 МВт. В книге использованы материалы отечественных и зарубежных арматурных заводов, а также наладочных организаций и научно- исследовательских институтов (ОРГРЭС, ВТИ, ЦКТИ).
Автор выражает сердечную благодарность работникам электростанций, с которыми он в течение многих лет занимался наладкой арматуры, и признательность А. В. Ратнеру за ценные замечания, сделанные ими при просмотре рукописи.
Автор

ВВЕДЕНИЕ

Производством арматуры для энергетики и других отраслей народного хозяйства в нашей стране занято большое количество заводов различных совнархозов. Арматура выпускается различных условных проходов и давлений. Диаметры условных проходов арматуры составляют от 3 до 2 000 мм, а условные давления — от глубокого вакуума до 2 000 кг/см² и выше. Материалами для нее служат серый и ковкий чугуны, стали разных марок, цветные металлы и пластмассы.
По производственным характеристикам трубопроводная арматура может быть разделена на следующие две группы: арматура общего назначения, изготовление которой имеет массовый, крупносерийный и серийный характер, и специальная арматура, изготовление которой имеет мелкосерийный и индивидуальный характер.
Пароводяную арматуру высоких параметров для электростанций поставляет Венюковский арматурный завод (ВАЗ). Этим заводом выпускается водяная и паровая арматура: запорная регулирующая и дросселирующая, предохранительная для котлов и редукционно-охладительных установок, электроприводы к арматуре и электроиндукционные указатели уровня.
Кроме серийно выпускаемой арматуры для нужд электростанций, заводом разработана и проходит испытание арматура из нержавеющих аустенитных сталей на сверхкритические параметры пара, предназначенная для использования в опытно-промышленных установках.
Арматура за редким исключением (импульсный рычажный клапан, обратный клапан) вварного типа: присоединение к трубопроводу осуществляется путем сварки.
В процессе изготовления арматура подвергается операционному и окончательному техническому контролю. Окончательным контролем, удостоверяющим годность арматуры для целей эксплуатации, является гидравлическое испытание. Арматура, выдержавшая испытание, снабжается паспортом. Кроме паспорта, на фланце арматуры выбиваются: а) марка завода; б) заводской номер изделия; в) номер чертежа изделия; г) номер по каталогу; д) условное давление; е) условный проход изделий (обозначается средней цифрой номера чертежа).
Маркировка литых деталей арматуры соответствует следующим маркам стали: ХМ—марке стали 20ХМЛ; ХМФ—20ХМФЛ; ЦВ—15Х1М1ФЛ; ПЗ—15Х2м²БСЛ; ГС—20ГСЛ; У—25Л. Наружные поверхности арматуры, за исключением шпинделя, окрашивают в серый цвет.
По своему назначению пароводяную арматуру можно подразделить на запорную, регулирующую и предохранительную.
Запорная арматура предназначена для установки в качестве управляемых запорных органов на паровых и водяных магистралях только для отключения рабочей среды, и она должна быть во время работы либо полностью открыта, либо полностью закрыта. Регулирование количества пропускаемой рабочей среды запорной арматурой, как правило, не допускается. К запорной арматуре относятся вентили, задвижки и клапаны. Вентили в качестве запорной арматуры нашли применение только для трубопроводов малых условных проходов (до Dу50).
Как показал опыт эксплуатации, применение вентилей больших условных проходов для трубопроводов высокого давления нецелесообразно, так как при этом требуются большие усилия для закрытия. Применение же внутренней разгрузки в вентилях больших условных проходов (как это было выполнено в первых конструкциях вентилей Dy 100—150), нецелесообразно. Затвор в вентилях Dу 10 и 20 выполнен конусным, а в вентилях Dу 50 и 100 — плоским. Конусный затвор имеет преимущество с точки зрения удельного давления прижатия, но требует для изготовления материала, стойкого против задирания. Угол вершины конуса затвора составляет 75°.
Зарубежными арматурными заводами (Чехословакия, Австрия, США) вентили выпускаются в основном с плоскими уплотнительными поверхностями. Достоинство плоского уплотнения составляет удобство притирки. В вентилях австрийского производства тарелки имеют направление, что важно при горизонтальном положении вентиля. Если в вентилях отечественного производства уплотнение тарелки с седлом происходит сверху вниз, то в вентилях австрийского производства тарелка прижимается к седлу снизу вверх. В этом случае давление среды способствует прижатию тарелки к седлу. Фланцевое соединение и сальниковое уплотнение в этом случае полностью разгружены.
Представляет интерес конструкция вентилей с бесфланцевым соединением корпуса и крышки, применяемая на зарубежных электростанциях. На чехословацких электростанциях вся выпускаемая арматура высокого давления имеет бесфланцевое соединение корпуса с крышкой (бугелем), уплотняющееся за счет металлического кольца и графитовой прослойки (рис. В-1). Уплотнение выполнено так, что рабочая среда способствует созданию плотности.
На австрийских электростанциях применяются вентили примерно такой же конструкции, как и вентили на сверхкритическое давление, у которых крышка с бугелем присоединена на резьбе и обварена. Но в этих вентилях сальниковая камера несколько дальше вынесена из рабочей зоны, что улучшает условия работы сальниковой набивки.
Вентили отечественного производства из нержавеющих аустенитных марок сталей мало отличаются от вентилей высокого давления. Основное отличие состоит в том, что корпуса и крышки вентилей Dy 10 и 20 выпускаются в кованом исполнении из стали марки 1Х18Н9Т, а корпусы и крышки вентилей Dy50—литыми из стали марки ЛА-3 (типа ЭИ-257). Для сверхкритических параметров (Рр = 315 кг/см² и t=655° С) вентили выполнены с бесфланцевым соединением корпуса с крышкой, причем уплотнение затвора производится снизу вверх.
Задвижки на параметры Рр = 100—140 кг/см² и t = 500—570°С выпускаются с фланцевым соединением корпуса и крышки. Клино вой затвор задвижек состоит из двух самоустанавливающихся тарелок, закрепляемых при помощи двух тарелкодержателей в обойме и распираемых специальным грибком, а также двух седел, вваренных в корпус. Наличие между тарелками распорного грибка, имеющего с одной стороны выпуклую сферическую, а с другой— плоскую поверхности, обеспечивают как взаимную установку тарелок друг относительно друга, так и возможность регулировки положения тарелок относительно седел (за счет подкладки под плоскую поверхность грибка шайб). Основным отличием этих задвижек является меньшая степень сужения прохода, которая у задвижек высокого давления по мере возрастания условного прохода снижалась и составляла для задвижек Dу 225 около 0,55.

Рис. В-1. Вентиль чехословацкого производства Dу25 на Ру400 с бесфланцевым соединением корпуса и крышки. В задвижках повышенных параметров эта величина остается примерно постоянной и равна 0,8 для всех типоразмеров.
В ЦКБА Ленсовнархоза разработана конструкция затвора задвижек с упругим эластичным клином, состоящим из двух клиновых дисков, соединенных между собой валиком. Благодаря такой конструкции затвора достигается хорошая эластичность клина обеспечивающая непроницаемость затвора.

Рис. В-2. Бесфланцевый вентиль Dу20 на сверхкритические параметры пара.

На зарубежных электростанциях (Чехословакия, США и др.) широкое распространение получила конструкция клинового затвора с упругим цельным клином, имеющим глубокую выемку, что облегчает его деформацию, необходимую для обеспечения хорошего контакта уплотнительных поверхностей. Применение эластичных клиньев в затворе задвижек значительно упрощает конструкцию затвора, ио одновременно требует повышения качества изготовления на заводе и ремонта на электростанции. Правильный выбор материала клина и его термическая обработка будут также иметь важное значение.
Интересна конструкция затвора задвижки Dу 350, устанавливаемой на горячих трубопроводах промперегрева. В этих задвижках обойма затвора имеет на конце Т-образный паз, благодаря которому она свободно подвешивается на специальные буртики, имеющиеся на нижнем конце шпинделя, аналогично тому, как это делается в самоуплотняющихся задвижках и шиберных клапанах. Такое крепление затвора обеспечивает его подвижность в направлении потока рабочей среды, что повышает плотность запорного органа, так как герметичность достигается не только за счет самого клина, но и благодаря воздействию рабочей среды. Следует отметить, что вследствие небольшого сужения прохода эти задвижки выпускаются без направляющей трубы, что вполне себя оправдало в эксплуатации.
На сверхвысокие параметры (Рр = 255 кг/см² и t = 565° С) ВАЗ запроектировал на пар и воду задвижки с бесфланцевым соединением корпуса и крышки (рис. В-3).
Такая конструкция принята как типовая для большинства задвижек. Под действием давления среды крышка поднимается вверх. Чем больше давление среды, тем больше давление в сальниковой набивке, герметизирующей крышку с корпусом. При полном рабочем давлении среды давление в набивке задвижки Dу 150 составляет 920 кг/см². Для уплотнения применена мягкая набивка из сухого асбестового шнура и графита.
Задвижки с бесфланцевым соединением корпуса и крышки серийно выпускаются Чехословацкими арматурными заводами (рис. В-4). Их уплотнительные поверхности наплавляют твердыми сплавами марок Реал-096.
В США задвижки также применяют с бесфланцевым соединением корпуса и крышки (рис. В-5). Крышка соединена с корпусом трапецеидальной резьбой и уплотняется эластичным кольцом. Уплотнительные поверхности направлены твердым сплавом.
Арматурная промышленность США имеет почти двадцатилетний опыт эксплуатации изделий с наплавками из кобальтовых стеллитов. Преимущественное распространение здесь получил стеллит № 6, соответствующий по своему химическому составу нашему сплаву марки ВЗК.
Задвижки из аустенитной стали на Рр = 215 кг/см² и t=575° С котлов на сверхвысокие параметры пара имеют измененный затвор по сравнению с задвижками высоких параметров. В средней части их корпуса с двух сторон вставляют уплотнительные кольца, которые удерживаются в корпусе при помощи накидных гаек. Вставленные и закрепленные в корпусе уплотнительные кольца образуют угол 4° по отношению центральной оси.

Рис. В-3. Задвижка на сверхвысокие давления.

Обратные клапаны предназначены для автоматического предотвращения движения среды в обратном направлении. Эти клапаны устанавливают па горизонтальных участках трубопроводов крышкой вверх с направлением потока среды под тарелку снизу вверх. У клапанов Dy 20 тарелка имеет конусную уплотнительную поверхность, у клапанов Dy 50 и более она плоская.

В последнее время ВАЗ разработал конструкцию прямоточного обратного клапана, основное отличие которой от выпускаемых в настоящее время обратных клапанов состоит в том, что вертикально расположенная тарелка заменена поворотной. Это позволяет существенно уменьшить величину падения давления в клапане.
Регулирующая арматура предназначена для регулирования количества среды, протекающей по трубопроводам; она запорной служить не может. В качестве регулирующей арматуры применяют регулирующие вентили игольчатые Dy 10, 20 и 50 регулирующие клапаны Dy 20 и 50 регулирующие шиберные клапаны Dy 20, 50, 100, 150, 175, 200, 225 и 250.

Рис. В-5. Бесфланцевая задвижка высокого давления американского производства.
1 — резьбовая втулка; 2 — металлическое кольцо; 3 — корпус; 4 — седло.
По конструкции игольчатые регулирующие вентили аналогичны запорным и отличаются от последних наличием  профилированного в виде иглы конца шпинделя вместо тарелки.
Регулирующие игольчатые клапаны являются разновидностью игольчатых вентилей и отличаются от них конструкцией крышки, на которой укрепляется рычаг с грузом, перемещающий шпиндель-иглу. Управление клапанами автоматическое — от колонки дистанционного управления (КДУ).
Наибольший интерес представляют выпускаемые ВАЗ шиберные клапаны (рис. В-6), в которых регулирующий орган выполнен в виде шибера, имеющего специально спрофилированное отверстие. При вертикальном перемещении шибера относительно седел происходит изменение (увеличение или уменьшение) площади поточного отверстия и тем самым происходит регулирование количества протекающей среды. Клапаны могут работать при значительных перепадах давления (10—30 кг/см²).
В качестве регулирующих питательных клапанов на электростанциях применяют клапаны со стаканчатым скальчатым золотником, поворотные и в последнее время — шиберные. Наиболее надежными оказались клапаны поворотного типа (рис. В-7). Регулирование расхода воды осуществляется посредством совмещения окон золотника и стакана, при повороте золотника на угол 90° перекрыта составляет 14°. Установленные на электростанциях высокого давления Мосэнерго, Ленэнерго, Белоруссэнерго, Донбассэнерго и др., они обеспечивают достаточно плотное закрытие и хорошую характеристику. Такие клапаны были установлены и на блоке сверхвысоких параметров ЧТЭЦ, причем нормальный перепад давления на клапане в условиях станции составляет 30—35 кг/см².
Представляют интерес конструкции регулирующих  питатель ных клапанов, применяемые на зарубежных электростанциях.

Рис. В-6. Регулирующий шиберный клапан для воды Dу20.

Регулирующие питательнее клапаны, применяемые на чехословацких электростанциях, показаны на рис. В-8. Регулирующий орган их выполнен в виде золотника, движущегося внутри закаленного, точно обработанного стакана, имеющего несколько профилированных отверстий, расположенных по его окружности. У регулирующего клапана, выполненного согласно рис. В-8,а шток золотника перемещается электродвигателем при помощи рычага и тяги. Для котлов больших мощностей применяется клапан, приведенный на рис. В-8,б.

На мощных котлах, работающих в блоке котел— турбина, регулирующий питательный клапан применяется в качестве резервного. Регулирование подачи питательной воды в этом случае осуществляется изменением числа оборотов питательных насосов.
На современных котлах высоких параметров пара нашли применение следующие три вида предохранительных устройств: а) рычажно-грузовые предохранительные клапаны непосредственного действия; б) пружинные предохранительные клапаны непосредственного действия; в) импульсно-предохранительные устройства. Рычажно-грузовыми клапанами непосредственного действия оснащались все котлы высокого давления первых выпусков. Однако эксплуатация этих клапанов показала, что они имеют серьезные недостатки и не обеспечивают безопасной работы котлов. Пружинные предохранительные клапаны непосредственного действия в отечественной энергетике нашли применение только на отдельных электростанциях, оснащенных установками импортных поставок (например, на Кураховской

Рис. В-7. Регулирующий питательный поворотный клапан.

ГРЭС). Длительная эксплуатация предохранительных клапанов с пружинной нагрузкой на этих электростанциях показала их высокую эксплуатационную надежность. Об этом же свидетельствует широкое распространение пружинных предохранительных клапанов на электростанциях США, Англии и ФРГ.
На рис. В-9 (представлен пружинный предохранительный клапан чехословацкого производства.
Для защиты современных мощных котлов высокого давления от повышения давлений сверх допустимой величины применяются импульсно-предохранительные устройства.
Выпускаемые ВАЗ импульсно-предохранительные устройства предназначаются для работы на параметры:

Работа импульсно-предохранительного устройства осуществляется по схеме, приведенной на рис. В-10.
Конструкция главного -предохранительного клапана для котлов повышенных параметров пара (Рр=140 кг/см²) показана на рис. В-11.
Импульсный клапан (рис. В-12) выполнен рычажно-грузовым с электромагнитным приводом  и фильтрующим устройством.
Редукционно-охладительные установки (РОУ) предназначаются для понижения давления и температуры пара. По характеру работы указанные установки разделяются на быстровключающиеся (БРОУ) и небыстровключающиеся (РОУ).
На электростанциях РОУ чаше всего используются для подачи пара тепловым и производственным потребителям, когда нет турбин с необходимым давлением отбора пара или когда потребление пара превышает величину возможного отбора его от турбин; БРОУ применяются в большинстве случаев на «надстроенных» электростанциях, где наряду с котлами и турбинами среднего давления установлены котлы и предвключенные турбины высокого давления. В этом случае БРОУ обеспечивает бесперебойную подачу пара из котлов высокого давления в турбины среднего давления при отключении турбин с противодавлением.
РОУ и БРОУ высокого давления поставляются Венюковским арматурным заводом различной производительности.
Для правильной эксплуатации схемой предусматривается измерительная аппаратура, посредством которой определяются: а) давление и температура свежего и редуцированного пара; б) давление и температура охлаждающей воды перед дроссельной шайбой; в) давление и расход охлаждающей воды после клапана постоянного расхода; г) расход, редуцированного пара. Все приборы дистанционные и монтируются на щите.
Для новых блочных электростанций схемы  быстровключающихся редукционно-охладительных установок выполняются в двух вариантах. Согласно одному из них  предусматривается cброс свежего пара в конденсатор при двух ступенях редуцирования. Для этого монтируются две редукционно-охладительные установки.

Рис. В-8. Регулирующий питательный клапан чехословацкого производства.

После первой (БРОУ-1) дросселированный пар (поступает во вторичный пароперегреватель и, пройдя его, сбрасывается через вторую установку (БРОУ-2) в конденсатор. БРОУ-1 вступает в действие, если давление свежего пара перед турбиной повысится до определенной величины, а БРОУ-2 срабатывает тогда, когда давление пара после вторичного пароперегревателя будет на 1,5 кг/см² выше нормального давления пара перед ц. с. д. турбины при данной нагрузке генератора. Второй вариант схемы рассчитан на сброс свежего пара непосредственно в конденсатор.
На рис. В-13 приведена типовая схема сбросных устройств блока с турбиной ПВК-150.
На ряде электростанций типовая схема сбросных устройств была упрощена. Так, например, на блоках с двумя прямоточными котлами типа ПК-24 и турбиной ПВК-150 были выполнены изменения схемы БРОУ-1, как показано на рис. В-14.

Рис. В-9. Пружинный предохранительный клапан чехословацкого производства.
РОУ или БРОУ, как правило, имеет запорную (вентили D у 10—100 и задвижки D у 150—225), регулирующую (дроссельные D у 50—225 и быстровключающиеся D у 150—225 клапаны), предохранительную (рыжачные клапаны 50X1 или 50x2, а также импульсный клапан D у 25 и главный предохранительный клапан Dy 200/400 или 400/600) арматуру, а также дросселирующие шайбы (Dy 20—400) и различных конструкций охладители пара (Dy 50/150—150/900).
Если запорная арматура (вентили и задвижки) РОУ  и БРОУ ничем не отличается от обычной, применяемой в тепловых схемах, то регулирующая и предохранительная арматура имеет некоторые конструктивные особенности.
На ряде блочных электростанций дроссельный клапан — скальчатого типа. Золотник клапана двухседельный и помещен в сферический корпус, в который запрессованы втулки, служащие для направления золотника при его перемещениях.

В дальнейшем для блочных электростанций поставлялись шиберные дроссельные клапаны с паровым приводом. В настоящее время ВАЗ изготовляет дроссельные клапаны в виде шиберной задвижки.

Рис. В-11. Главный предохранительный клапан.
Из зарубежной арматуры БРОУ можно назвать клапан фирмы Сименс, который представляет собой плотно закрывающийся односедельный клапан проходного или углового типа (рис. В-15,а). В зоне дросселирования в корпусе клапана сделана пальцевая выточка, предназначенная для подачи охлаждающей воды. В эту выточку вставляется тонкостенное кольцо из листовой стали.

Внутренняя полость кольца соединяется с дроссельным каналом посредством кольцевой щели, выполненной без каких-либо сужений. По мнению фирмы этим достигается  наилучшее использование энергии дросселирования пара для распыления охлаждающей воды.

Рис. В-12. Импульсный клапан.
Представляет также интерес новая конструкция двухседельного дроссельного клапана фирмы Калле (рис. В-15,б), в котором совмещены операции дросселирования пара и впрыск охлаждающей воды.
По мере подъема золотника в верхнее положение (снизу вверх) количество воды, поступающее в клапан, будет увеличиваться, а при опускании золотника вниз тарелка сядет на седло и подача воды в клапан прекратится.

Рис. В-15. Дроссельные клапаны зарубежного производства для Б РОУ.
а — клапан фирмы Сименс; б — клапан фирмы Калле.
На чехословацких арматурных заводах в последние годы заметна тенденция к проектированию всей установки РОУ или БРОУ в виде одного клапана, совмещающего все операции, выполняемые БРОУ. Такая установка занимает меньше места и сокращает количество потребной арматуры.