Aufbringen einer Schicht zum Reparieren von Hochdruckregelventilen

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Nachbearbeitung von Hochdruckregelventilen durch Aufbringen von Schichten – Bitte füllen Sie weiterhin die Lücken oder schlagen Sie bessere Methoden zur energiesparenden Wartung vor. Ein Versagen bei der Öffnung der Hochdruckregelventile kann die sichere und stabile Betriebsweise der Anlage erheblich beeinträchtigen. Durch eine Untersuchung der Ventile stellte sich heraus, dass der Sitz des Hochdruck-Drehregelventils um 10 mm gesunken war. Dadurch löste sich die Führungskante des Ventildeckels aus der Führungsritze, wodurch eine ordnungsgemäße Regulierung des Dampfflusses nicht mehr möglich war. Angesichts der kurzen Zeit für notwendige Wartungsarbeiten an der Anlage und der Schwierigkeit, die Verschlechterung der Sitze der Ventile vor Ort wieder zu beheben, wurde beschlossen, eine Aufschweißung durchzuführen, um die Höhe der Führungskanten zu erhöhen und so die ursprüngliche Funktionalität der Hochdruck-Dampfregelventile wiederherzustellen. 1 Reparaturkonzept für die Hochdruck-Hauptdampfregelventile 1.1 Funktionsprinzip der Führungskanten des Ventildeckels Die Hochdruck-Hauptdampfregelventile der Dampfturbinen vom Typ N300‑16.7/537/537‑3 bestehen aus einem Hauptdampfventil sowie zwei Regelventilen. Das Hochdruck-Regelventil dient dazu, die Menge an Dampf, die in den Hochdruckzylinder gelangt, zu regulieren. Während der Betriebsphase des Aggregats dient der Ölmotor als mechanisches Hebevorrichtung, wodurch die Führungskante der Ventilplatte entlang der Führungsschienen nach oben und unten bewegt wird, um die Öffnungsweite der Regulierventilplatte zu steuern. Während des Betriebs der Anlage beträgt der Druck des heißen Dampfs an den Regelventilen 16,7 MPa bei einer Temperatur von 537 °C. Die Leitflächen müssen hauptsächlich den thermischen Spannungen sowie bestimmten zyklischen Scherkräften standhalten. Der Durchmesser der Passung zwischen der Ventilplatte und dem Sitz des Hochdruckregelventils Nr. 1 beträgt 170 mm. Die Struktur der Ventilplatte ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Abmessungen der Führungskanten betragen 55 mm × 30 mm × 10 mm (Höhe × Breite × Dicke). Das Material des Ventildeckels besteht aus der Legierungsstahlart 20Cr3MoWVA. Um die Widerstandsfähigkeit des Ventildeckels gegen Kavitation zu erhöhen, wurde seine Oberfläche mit Nitrierung bei hohen Temperaturen behandelt. 1.2 Die Auswahl der Schweizzusätze sowie der Schweißausrüstung hängt von den Betriebsbedingungen der Regulierventile ab. Dabei müssen sowohl die Führungskanten des Ventildeckels eine ausreichende Härte bei hohen Temperaturen aufweisen, als auch eine gewisse Abnutzungsbeständigkeit besitzen. Angesichts der Notfallreparaturen an der Anlage war es nicht möglich, die am besten geeigneten Materialien zu beschaffen. Unter Berücksichtigung der Auswahlkriterien für Schweißmaterialien sowie einer Analyse der mechanischen Eigenschaften der verschiedenen Schweißmaterialien wurde der Schweißdraht TIG-R34 (12Cr2MoWVTIB, Φ2,5 mm) gewählt, da dessen Eigenschaften denen des Grundmaterials ähneln. Für die Schweißarbeiten werden Lincoln V300-1 sowie zusätzliche Werkzeuge für den Argon-Schweißprozess verwendet ； Für die Temperaturüberwachung wird ein amerikanischer MX2-Infrarot-Thermometer verwendet. 2 Analyse der Schweißeigenschaften wird anhand der Kohlenstoffäquivalenzformel durchgeführt. Das Hauptmerkmal des Materials 20Cr3MoWVA ist, dass es einen hohen Anteil an Kohlenstoff sowie Legierungselementen aufweist. Beim Schweißen entstehen in der Schweißnaht sowie im Wärmebehandlungsgebiet leicht gehärtete Strukturen. Wenn die Steifigkeit des zu schweißenden Bauteils sowie die Spannungen an der Verbindung groß sind, können Kaltrisse entstehen. Bei Ventilplatten, die nitriert wurden, beträgt die Oberflächenhärte bis zu HV900, wodurch beim Schweißen leicht Risse entstehen. 3 Aufbringen von Schichten durch Schweißen 3.1 Prozessablauf: Vor dem Schweißen: Polieren und Reinigen – Vorheizen – Aufbringen der Schichten – Nach dem Schweißen: Wärmebehandlung – Nach dem Schweißen: Drehen. 3.2 Vorbereitungen vor dem Schweißen: Zunächst wird die zu verschweißende Stelle mit einem Winkelschleifer gründlich gereinigt, wobei die Nitridschicht im Umkreis von 20 mm entfernt wird. Die Schleiftiefe sollte mehr als 0,4 mm betragen. Anschließend wird die Härte der geschliffenen Stelle gemessen, damit sichergestellt werden kann, dass die Schweißstelle die Anforderungen von HB185–321 erfüllt. Nach den Prüfstandards JB4730－94 darf die Oberflächenqualität der nach dem Schleifen verbleibenden Führungskanten keine Defekte wie Risse oder Einschlüsse aufweisen. Ein Erreichen des Grades I gilt als erfolgreich. Anschließend wird die Schweißstelle der Ventilplatte sowie ein Bereich von 50 mm darum herum mit Propan gereinigt, um sicherzustellen, dass kein Wasser, Öl usw. vorhanden ist ； Entfernen Sie mit Schleifpapier Öl, Rost und andere Verunreinigungen von der Oberfläche des Argon-Schweißdrahts. 3.3 Die Schweißverfahren und -parameter beinhalten eine Vorkalibrierung vor dem Schweißen mithilfe einer Sauerstoff-Ethylen-Flamme. Die Vorkalibrierungstemperatur liegt bei 350–400 °C; diese wird mit einem Temperaturmessgerät ermittelt. Die Schweißstellen der Ventilplatten sind sichtbar, die anderen Bereiche sind mit Asbesttuch umhüllt, um Verbrennungen durch den Bogen zu vermeiden. Prozessparameter: I = 80–90 A, Argongasflussrate 8–10 L/min, Gleichstrom in positiver Richtung, Spannungsbereich 10–15 V, Schweißgeschwindigkeit 30–45 mm/min. Die Breite jeder Schwingung beträgt ≤10 mm, die Dicke der Schicht pro Auftrag beträgt ≤4 mm. Nach Erreichen der Vortemperatur beginnt das Schweißen. Die Temperatur zwischen den Schichten wird auf 300–400 °C gehalten. Während des Schweißvorgangs dürfen keine Defekte entstehen. Besondere Aufmerksamkeit gilt den Stellen, an denen das Schweißen beginnt und endet. Sollten Defekte festgestellt werden, müssen diese umgehend mit einer Winkelschleifer beseitigt werden. Um einen ausreichenden Bearbeitungsspielraum zu gewährleisten, werden gemäß den Angaben in der Zeichnung die Außendurchmesser um 5 mm erhöht und die Innendurchmesser um 5 mm verringert. Die Aufbauhöhe beträgt 13 mm. Nachdem die Schweißung auf einer Seite abgeschlossen ist, wird anschließend die andere Seite geschweißt. Nach Abschluss des Schweißvorgangs wird die Schweißstelle mit Aluminiumsilikat-Feuerfestwatte umhüllt, um eine langsame Abkühlung zu gewährleisten. Sobald die Schweißstelle auf 100–150 °C abgekühlt ist, wird umgehend eine nachgeschaltete lokale Wärmebehandlung durchgeführt. Die Wärmebehandlung erfolgt durch Erhitzung mit Flammen auf 640–660 °C, wobei die Temperatur 30 Minuten lang gehalten wird. Dabei wird die Temperatur mit einem Temperaturmessgerät überwacht. Sowohl die Erhitzungs- als auch die Abkühlungsgeschwindigkeit sollen unter 300 °C/Stunde liegen. Bei der Abkühlung auf unter 300 °C ist keine Kontrolle mehr notwendig; zur langsamen Abkühlung wird ein Gewebe aus Aluminiumsilikatfasern verwendet. 4 Nach der Schweißung wird die Qualität der verschweißten Stellen überprüft. Nach dem Aufbringen der Schicht und der mechanischen Bearbeitung werden die Schweißstellen mithilfe von Durchflussprüfung und Ultraschalluntersuchung geprüft. Es dürfen keine Risse, Verunreinigungen oder Löcher in den Schweißstellen vorhanden sein. Die Qualität der Aufbringung der Schicht entspricht den Anforderungen der Norm JB4730‑94, Klasse I ； Bei der Härteprüfung der bearbeiteten Oberfläche wurde ein durchschnittlicher Härtewert von HB241 ermittelt, was dem Härtewert des ursprünglichen Materials entspricht und die Einsatzeigenschaften der Werkstücke gewährleistet. 5 Schlussfolgerungen zur Schweißnahtreparatur der Hochdruckregelventile: Nach fast einem Jahr Betrieb nach der Schweißnahtreparatur des ersten Hochdruck-Hauptdampfregelventils in Block 2 wurde das Ventil während der großen Wartungsarbeiten zerlegt und überprüft. Am Gewinde des Ventils wurden nach 5.616 Betriebsstunden keinerlei Probleme festgestellt. Es ist ersichtlich, dass ein Schweißverfahren mit TIG-R34-Aргonstahl zum Aufbringen einer Schicht aus dem Material 20Cr3MoWVA unter Verwendung einer Vorwärmung auf 350–400 °C sowie einer Nachwärmung auf 640–650 °C für 30 Minuten eine sinnvolle und praktikable Lösung darstellt. Es löst nicht nur das Problem der ordnungsgemäßen Regulierung des Dampfes durch die Hochdruck-Hauptdampfregelventile, sondern spart außerdem Tausende von Yuan.