300 MW機(jī)組高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿脫落的故障分析與處理

張斌

摘 要：高壓調(diào)節(jié)閥是汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要設(shè)備元件，調(diào)節(jié)閥工作正常與否直接影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。文章針對(duì)某電廠出現(xiàn)的高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿脫落的故障事件進(jìn)行了原因分析，最終通過對(duì)高壓調(diào)節(jié)汽閥的改造，徹底解決了故障問題。

關(guān)鍵詞：高壓調(diào)節(jié)汽閥；脫落；改造

中圖分類號(hào)：TM621.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）15-0093-02

1 設(shè)備概況

某330 MW級(jí)熱電聯(lián)產(chǎn)電廠#1、2號(hào)汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠CC330-16.67/3.5/1.0/538/538型亞臨界、中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、雙抽汽凝汽式供熱汽輪機(jī)，高、中壓合缸，通流部分反向布置，高壓缸為雙層缸結(jié)構(gòu)，中壓部分為隔板套結(jié)構(gòu)，低壓缸為雙缸雙排汽對(duì)稱分流，低壓缸采用焊接雙層缸結(jié)構(gòu)，分別于2012年8月和10月投產(chǎn)運(yùn)行。本汽輪機(jī)配汽方式為設(shè)兩個(gè)高壓主汽門、四個(gè)高壓調(diào)門和兩個(gè)中壓聯(lián)合汽門，具備閥門管理功能，能實(shí)現(xiàn)噴嘴調(diào)節(jié)和節(jié)流調(diào)節(jié)。汽輪機(jī)左右各兩個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽閥，布置在汽機(jī)前方運(yùn)行層下面，每個(gè)高壓主汽調(diào)節(jié)閥由公共一個(gè)殼體的1個(gè)自動(dòng)主汽閥和2個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥組成，高壓調(diào)節(jié)閥和自動(dòng)主汽閥在公共閥殼內(nèi)呈三角形排置，結(jié)構(gòu)簡單，布置緊湊。

高壓部分共有四個(gè)調(diào)門對(duì)應(yīng)于四組噴嘴，噴嘴組與調(diào)門的序號(hào)相對(duì)應(yīng)，噴嘴調(diào)節(jié)方式是Ⅰ、Ⅱ調(diào)門同時(shí)開啟，其閥桿行程達(dá)39.2 mm時(shí)，Ⅲ調(diào)門開啟，當(dāng)Ⅲ調(diào)門閥桿行程達(dá)39.2 mm時(shí)， IV調(diào)門開始開啟。節(jié)流調(diào)節(jié)方式是高壓調(diào)門同時(shí)開啟且開度相同。中壓部分為全周進(jìn)汽，負(fù)荷在30%以下，中壓調(diào)門起調(diào)節(jié)作用，負(fù)荷大于30%時(shí)，中壓調(diào)門保持全開，此時(shí)由高壓調(diào)門調(diào)節(jié)負(fù)荷[2]。本機(jī)組具備單閥/順序閥選擇功能，運(yùn)行人員能夠?qū)ζ啓C(jī)的閥門配汽方式進(jìn)行選擇，也可根據(jù)負(fù)荷對(duì)運(yùn)行方式進(jìn)行選擇。調(diào)峰運(yùn)行中可采用定—滑—定方式，機(jī)組帶90%以上負(fù)荷時(shí)，采用定壓運(yùn)行；機(jī)組帶90%～30%負(fù)荷時(shí)，采用滑壓運(yùn)行；機(jī)組帶30%以下負(fù)荷時(shí)，采用定壓運(yùn)行。

2 設(shè)備異常情況

#1機(jī)組投產(chǎn)近6個(gè)月時(shí)，機(jī)組處于單閥控制狀態(tài)，某一天負(fù)荷突然從220 MW降至175.8 MW，后又回升至220 MW，高壓調(diào)節(jié)汽閥GV1/GV2/ GV3/GV4均由40%突開至62.9%，負(fù)荷功率反饋由93.6%開至98.3%，期間負(fù)荷波動(dòng)較大，范圍在10 MW左右，其余參數(shù)變化不明顯。熱控技術(shù)人員檢查相關(guān)邏輯、及就地有關(guān)表計(jì)均正常，未發(fā)現(xiàn)異常，初步懷疑3號(hào)高調(diào)閥設(shè)備異常。

3 故障原因分析

為進(jìn)一步確認(rèn)異常情況的原因，電廠技術(shù)人員進(jìn)行了分析和相關(guān)實(shí)驗(yàn)，逐漸逐一關(guān)閉1號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥GV1、2號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥GV2、4號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥GV4高壓調(diào)節(jié)汽閥，關(guān)閉高壓調(diào)節(jié)汽閥時(shí)機(jī)組負(fù)荷明顯減低、減少，自動(dòng)主汽閥前主蒸汽壓力明顯升高；逐漸關(guān)閉3號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥GV3時(shí)，汽閥開度由57.3%關(guān)小至10%期間，機(jī)組負(fù)荷及自動(dòng)主汽閥前主蒸汽前壓力無明顯變化，發(fā)現(xiàn)關(guān)閉3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥對(duì)機(jī)組負(fù)荷沒有任何影響，不參與負(fù)荷調(diào)整，最終確認(rèn)3號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥閥芯脫落。

東汽300 MW級(jí)以上的大容量機(jī)組，其高壓主汽調(diào)節(jié)閥中的高壓調(diào)節(jié)閥的閥桿與十字頭均使用螺紋直接連接，高壓調(diào)節(jié)閥的閥桿提升機(jī)構(gòu)采用的是“日立”調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)，電廠高壓調(diào)節(jié)汽閥也采用此結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

隨著國家煤電機(jī)組單臺(tái)裝機(jī)容量的加大和裝機(jī)數(shù)量的增加，尤其南方地區(qū)已出現(xiàn)電量供大于求的現(xiàn)象，300 MW煤電機(jī)組已經(jīng)成為調(diào)峰主力機(jī)組，明顯出現(xiàn)機(jī)組調(diào)峰時(shí)間增多，啟停次數(shù)增加，機(jī)組打閘次數(shù)增加；并且隨著供熱機(jī)組技術(shù)水平的不斷提高，300 MW供熱機(jī)組已成為供熱機(jī)組的主流機(jī)型，由于外部環(huán)境的影響，機(jī)組負(fù)荷、對(duì)外供汽量調(diào)整非常多，機(jī)組高壓調(diào)節(jié)汽閥動(dòng)作頻繁。機(jī)組打閘時(shí)，AST電磁閥動(dòng)作，高壓調(diào)節(jié)汽閥下安全油壓泄走，在彈簧力的作用下，汽門迅速關(guān)閉，閥蝶迅速到底，與閥座產(chǎn)生很大的碰撞和沖擊，并且由于安裝原因，閥桿頂部與十字套之間存在較大間隙，碰撞沖擊力全部集中在十字套頂部的螺扣上，打閘次數(shù)的增多，螺紋會(huì)逐漸發(fā)生變形，進(jìn)而閥桿與十字套連接部位發(fā)生位移，最終導(dǎo)致十字套內(nèi)的止轉(zhuǎn)銷部件因承受較大剪切應(yīng)力被切斷。

該型機(jī)組高壓調(diào)節(jié)汽閥的主閥碟與主閥桿連為一體，固定在主閥桿上，主閥碟不能旋轉(zhuǎn)。在設(shè)計(jì)上，其主要結(jié)構(gòu)為高壓主汽閥和高壓調(diào)節(jié)汽閥的閥體相連，由2個(gè)主汽閥和4個(gè)調(diào)節(jié)汽閥組成，4個(gè)調(diào)節(jié)閥共用一個(gè)閥殼，兩個(gè)主汽閥出口與調(diào)節(jié)閥殼相連，這樣在高壓調(diào)節(jié)汽閥內(nèi)易產(chǎn)生漩渦汽流從而對(duì)主閥芯產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，閥芯帶動(dòng)門桿旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步將止轉(zhuǎn)銷損壞，進(jìn)而出現(xiàn)高壓調(diào)節(jié)汽閥閥芯脫落。后咨詢汽輪機(jī)廠家和相關(guān)電廠了解，該型機(jī)組的高壓調(diào)節(jié)汽閥多次出現(xiàn)閥芯脫落的故障。并且這種結(jié)構(gòu)的閥門可以看出，閥門關(guān)閉時(shí)，閥碟與閥座碰撞和沖擊產(chǎn)生強(qiáng)大的作用力，由于反作用力導(dǎo)致螺紋結(jié)合面發(fā)生嚴(yán)重變形，造成大修時(shí)高壓調(diào)節(jié)閥無法解體的問題。

4 故障解決措施

4.1 故障解決的臨時(shí)措施

目前，由于電網(wǎng)供大于求的大環(huán)境下，機(jī)組負(fù)荷偏低，機(jī)組調(diào)峰較多，#3高壓調(diào)節(jié)汽門經(jīng)常處于開關(guān)調(diào)整狀態(tài)，#3高壓調(diào)節(jié)汽閥頻繁動(dòng)作，導(dǎo)致#3高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿最先斷裂、脫落。機(jī)組減負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組單閥控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換為順序閥控制轉(zhuǎn)態(tài)，暫時(shí)采用臨時(shí)處理措施將3號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥與4號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)行邏輯對(duì)調(diào)，強(qiáng)制3號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥，此門一直處于全關(guān)位置，不參與負(fù)荷調(diào)整，利用4號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥來負(fù)荷調(diào)節(jié)；全廠調(diào)峰主要依靠另一臺(tái)機(jī)組，此臺(tái)機(jī)組盡快保證負(fù)荷穩(wěn)定，#4號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥全開位置，較少高壓調(diào)節(jié)汽閥頻繁動(dòng)作，并且制定了#1機(jī)組#3高調(diào)閥桿脫落有關(guān)運(yùn)行規(guī)定和注意事項(xiàng)。

機(jī)組為供熱機(jī)組，對(duì)外供汽量較多，為盡量減少對(duì)熱用戶的影響，在最短時(shí)間內(nèi)處理缺陷，利用節(jié)假日調(diào)峰停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)此缺陷進(jìn)行臨時(shí)處理。將原十字頭的螺紋部位補(bǔ)充加工擴(kuò)大成一圓柱孔，增加一提升螺母作為閥桿與十字頭的聯(lián)接用，提升螺母外圓與十字頭上的孔采用間隙配合，在提升螺母外圓上開一導(dǎo)向槽，在十字頭上裝一導(dǎo)向銷以防止提升螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，并保證提升螺母可以上下移動(dòng)；提升螺母的定位由一螺塞完成；先旋轉(zhuǎn)螺塞，然后測(cè)量出提升螺母與十字頭之間的頂部間隙，保證該間隙值為3 mm后，再裝入止退螺釘，以防止螺塞退出。

4.2 故障解決措施

針對(duì)此問題，與東方汽輪機(jī)廠聯(lián)系，對(duì)高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿提升裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，就完全可以杜絕此類故障的發(fā)生，其改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

改造后的高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿上端設(shè)計(jì)成一定角度的錐體，與錐形襯套配合為一體，用螺母牢固鎖緊后再加裝一帶槽鎖緊螺母將螺母鎖死，防止螺母可能發(fā)生的松脫。改造后的結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)比較，高壓調(diào)節(jié)汽閥的閥桿與十字頭沒有直接進(jìn)行連接，改造后高壓調(diào)節(jié)汽閥拆卸和維修比原結(jié)構(gòu)閥門方便，只需拆除螺釘，便可以完成分解十字頭與閥桿的工作。高壓調(diào)節(jié)汽閥的閥桿與襯套的拆卸，只需要卸了螺母后，就可以取出襯套。并且改造后的高壓調(diào)節(jié)汽閥結(jié)構(gòu)巧妙利用內(nèi)外錐面緊密配合的自鎖原理，能有效地解決了主蒸汽汽流擾動(dòng)所產(chǎn)生的閥桿不規(guī)則振動(dòng)，加強(qiáng)了高壓調(diào)節(jié)汽閥工作的穩(wěn)定性[3]。

電廠利用機(jī)組調(diào)峰停機(jī)機(jī)會(huì)，對(duì)3號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)行了解體，檢查發(fā)現(xiàn)3號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥止轉(zhuǎn)銷斷成三段、閥桿螺紋牙全部損壞，螺牙基本沒有，閥桿裝配后距離十字套頂部間隙較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過圖紙要求，與之前分析的原因基本吻合。后對(duì)其余高壓調(diào)節(jié)汽閥也進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)止轉(zhuǎn)銷均有不同程度的損壞，螺紋結(jié)合面發(fā)生嚴(yán)重變形，高壓調(diào)節(jié)閥無法解體。1號(hào)機(jī)組高壓調(diào)節(jié)汽閥按新的改進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，機(jī)組經(jīng)過四年來的運(yùn)行考驗(yàn)，均未再發(fā)生調(diào)節(jié)氣閥閥芯脫落的缺陷，其中還進(jìn)行了一次機(jī)組大修時(shí)檢查未發(fā)現(xiàn)以前存在的問題，閥門設(shè)備運(yùn)行正常。

5 結(jié) 語

本文針對(duì)某廠東方汽輪機(jī)廠CC330-16.67/3.5/1.0/538/538型機(jī)組的主機(jī)高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿脫落問題進(jìn)行了分析，并制定了解決措施，通過實(shí)踐，取得較好效果。高壓調(diào)節(jié)汽閥的閥桿提升機(jī)構(gòu)采用“日立”調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的機(jī)組要高度重視，避免類似故障的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹祖慶，江寧、陳行庚.大型汽輪機(jī)組典型事故及預(yù)防[M].北京：中國電 力出版社，1999.

[2] 文賢馗.火電廠汽輪機(jī)控制系統(tǒng)改造[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3] 張林茂，陳峰，劉子夫，等.300 MW機(jī)組高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿脫落或斷裂 的故障分析與處理[J].電力技術(shù)，2009，（6）.