針對某電廠膠球清洗膠球幫浦高壓蒸汽進汽控制閥閥桿斷裂問題，通過對閥杆斷裂形貌、化學成分、力學效能、微觀結構、閥桿安裝位置和閥杆受力等情況的檢查分析， 結論認為閥桿斷裂的根本原因是閥門安裝方式蒸汽流動影響疊加引起的疲勞斷裂，提出了調整閥門安裝方向、優化閥桿受力的改進措施。
某電廠350MW超臨界燃煤機組配備2臺BG42蒸汽冷凝器膠球清洗膠球幫浦，由N5532-0.786小型汽輪機驅動。 冷凝器膠球清洗膠球幫浦汽輪機配有自動切換汽源機構，允許高壓或低壓兩種蒸汽作為其工作蒸汽源，其中高壓蒸汽源從再熱和冷段的蒸汽管道中抽取，蒸汽流量由電動閘閥和調節蒸汽閥控制， 工作壓力為5645MPa，工作溫度345°C9.管材規格OD159 9mm。 調節蒸汽閥安裝在管道的垂直截面上，閥桿材料為38crmoal鍛造。
兩次蒸汽冷凝器膠球清洗膠球幫浦調節蒸汽閥失效，經檢查發現高壓進汽調節蒸汽閥的閥杆斷裂，斷裂距離閥桿左端麵約120mm，位於閥桿位置附近靠近閥蓋。 因此，通過對閥杆的斷裂形態、化學成分、力學效能、微觀結構、閥門安裝位置和閥杆力等進行檢查分析，找出閥桿斷裂的原因，並提出相應的改進措施，以確保氣動冷凝器膠球清洗膠球幫浦蒸汽控制閥的安全，保證機組的安全穩定執行。
1.測試與分析。
1.1.巨集觀檢查。
檢查閥桿斷裂處，斷面平整光滑，未發現明顯塑性變形。 可觀察到斷裂源區、裂紋擴充套件區和瞬時斷裂區，表現出明顯的疲勞斷裂形貌。
1.2.化學成分分析。
用定量光譜儀分析了閥杆的化學成分，並與NB T47008-2017《壓力裝置用碳鋼和合金鋼鍛件》（見表1）中38CrMoal的化學成分進行了比較，化學成分符合表1的要求，閥桿的化學成分為%
化學成分標準範圍：斷莖。
c0.35～0.420.35
si0.20～0.450.35
mn0.30～0.600.39
cr1.35～1.651.47
mo0.15～0.250.21
al0.70～1.100.87
1.3.金相組織。
觀察了從斷裂的閥杆擷取的金相樣品的微觀結構。 莖的金相顯微組織為回火索氏體，組織均勻，無明顯異常。
1.4.機械效能。
在閥杆斷裂附近擷取樣品1，採用HB3000台式布氏硬度計對樣品的橫截面進行布氏硬度計。 與NB T47008-2017標準中38CrMoal的硬度值（見表2）相比，斷桿硬度符合標準要求。 表2 閥桿試樣襯套硬度單位：HBW試驗 1280襯套硬度測量試驗2試驗3290285試驗4289平均值 286標準範圍 250 300對閥杆截獲縱向拉伸試樣2、3，進行室溫下機械拉伸試驗，結果符合NB T47008-2017標準關於38CrMoal拉伸強度的技術要求， 斷裂後的屈服強度和伸長率，如表3所示。
表3：閥桿拉伸效能：屈服強度：MPA，拉伸強度，MPA，斷裂伸長率，%，試樣21044901160 試樣31040895165 標準範圍 835 1015 735 160 沿閥杆附近裂縫縱向製備衝擊試樣4 6，閥桿的衝擊效能符合標準要求，如表4所示。 表4 閥桿衝擊效能 單位：J項 樣品4 樣品5 樣品6 平均標準範圍衝擊吸收能量 747984 79 41
1.5.斷裂分析。
通過電子顯微鏡觀察斷裂面，閥桿裂紋源於閥桿表面附近的孔缺陷，該孔缺陷為扇形斜面，表面較為光滑。 在扇形斜面外的裂紋擴充套件區，可以觀察到大量平行排列的疲勞條紋，間距較大，說明閥桿的斷裂方式為疲勞斷裂，裂紋擴充套件速度較大。 裂紋擴充套件區外為瞬時斷裂區，截面粗糙，可觀察到大量孔隙缺陷。
2.綜合分析。
以上試驗結果表明，閥桿材質正常，金相組織無異常，力學效能符合標準要求，斷裂形貌觀察表明閥桿存在疲勞斷裂現象。
控制閥由閥座、閥蓋、閥桿、閥瓣等部分組成。 控制閥安裝在管段的垂直段上，閥桿沿水平方向布置。 根據閥桿的工作狀態，當閥杆開啟時，閥桿處於懸臂狀態，閥桿的受力如圖1所示。 閥瓣的自重為5kg，閥桿承受閥瓣的自重，以彎曲應力的方式作用在閥杆上，使懸臂狀態的閥杆因閥瓣的自重而受到應力; 同時，由於蒸汽流動的影響，施加的應力波動增大，靠近閥蓋的閥杆位置附近的交變應力較大，交變力使閥杆表面的材料缺陷位置誘發疲勞源，並繼續擴大， 最後引起閥桿疲勞斷裂。
3.改進措施。
1）針對蒸汽冷凝器膠球幫浦膠球幫浦的進汽控制閥閥桿斷裂問題，利用機組的停機維修窗調整調節閥的安裝方向，將閥門的安裝位置由管道的垂直段改為水平段， 使閥杆垂直向上安裝。此外，對機組的蒸汽控制閥進行拆卸，加強對閥杆的檢查，必要時對閥杆表面進行滲透試驗或磁粉探傷，以便及時發現閥桿表面的缺陷。
2）在日常期間，做好控制閥的檢查和維護工作，定期清潔、檢查等，注意閥桿、定位器反饋杆等活動部件的執行情況。
3）做好閥門裝置採購的選擇，技術上採用表面氮化處理等工藝對閥杆進行強化，可有效提高閥桿的疲勞強度，同時做好符合標準要求的裝置驗收工作。
4）對於結構相同、布置方式相似的控制閥，應盡快調整改造，以改善閥桿的受力條件，提高閥桿在執行中的安全性和穩定性，避免疲勞斷裂。
為解決氣動冷凝器膠球清洗膠球幫浦高壓蒸汽進汽控制閥閥桿斷裂問題，通過斷裂形貌和電鏡分析，發現了閥杆附近空隙缺陷引起的疲勞源，導致交變應力下金屬疲勞開裂。 進一步分析閥桿的安裝位置和閥杆的應力表明，閥桿疲勞斷裂的根本原因是懸臂狀態的閥杆是垂直安裝的，使懸臂狀態的閥杆受到閥盤自重的外加應力和蒸汽流量的衝擊波動， 導致疲勞裂紋不斷擴大，最終造成閥桿疲勞斷裂。
通過對機組檢修時進汽調節閥安裝位置的調整，將調節閥的安裝位置從垂直管路改為水平管段，使閥杆處於垂直向上位置，優化了閥杆的受力。 經過一年多的執行，閥門執行良好，不再有閥杆斷裂。