中壓主汽門不受控制開啟的缺陷處理

蘇東明

（廣東粵華發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510730）

0 引 言

某廠330 MW機(jī)組開機(jī)過程中出現(xiàn)了在暖管階段中壓主汽門自行打開的異?，F(xiàn)象，影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定性，擾亂了運(yùn)行人員的工作計(jì)劃。下面將對該缺陷進(jìn)行深入分析，并給出解決方案。

1 設(shè)備簡介

機(jī)組原為上海汽輪機(jī)廠N300—165/535/535型汽輪機(jī)，設(shè)有2個(gè)高壓自動(dòng)主汽門、8個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽閥和4個(gè)中壓聯(lián)合汽門。每個(gè)汽門配置1臺(tái)油動(dòng)機(jī)，共有18臺(tái)油動(dòng)機(jī)，均為單側(cè)進(jìn)油式。調(diào)速保安系統(tǒng)原為上汽廠全液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，后于2002年改造為高壓抗燃油DEH純電調(diào)系統(tǒng)，僅保留了危急手動(dòng)遮斷器、危急遮斷器和危急遮斷油門三樣低壓保安設(shè)備。2012年，該機(jī)組進(jìn)行330 MW通流改造，三大門系及調(diào)速保安系統(tǒng)仍襲用改造前的設(shè)備無變化。

2 異?，F(xiàn)象

2012年7月15日，該機(jī)組通流改造后首次啟動(dòng)。在鍋爐點(diǎn)火后暖管過程中，運(yùn)行人員按計(jì)劃啟動(dòng)1臺(tái)EH高壓油泵備用。在啟動(dòng)油泵幾秒后發(fā)現(xiàn)，4個(gè)中壓主汽門全關(guān)信號(hào)消失。現(xiàn)場人員報(bào)告4個(gè)中壓主汽門正在開啟，至接近全開狀態(tài)后又緩慢降低到20 mm。又過了約10 min，汽門逐漸關(guān)閉到0位，全關(guān)信號(hào)發(fā)出。檢查現(xiàn)場設(shè)備正常，暫未能發(fā)現(xiàn)原因，經(jīng)討論后決定繼續(xù)執(zhí)行機(jī)組啟動(dòng)計(jì)劃。至汽溫、汽壓達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)條件，機(jī)組按規(guī)定執(zhí)行沖轉(zhuǎn)程序，就在調(diào)速系統(tǒng)掛閘瞬間，異?，F(xiàn)象再次出現(xiàn)，4個(gè)中壓自動(dòng)主汽門開啟約20 mm（正常情況下此時(shí)應(yīng)在全關(guān)位置）。運(yùn)行人員當(dāng)即進(jìn)行下一步操作，在DEH“自動(dòng)控制”畫面點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕開始沖轉(zhuǎn)程序，全開高、中壓自動(dòng)主汽門，漸開調(diào)門，機(jī)組開始穩(wěn)定沖轉(zhuǎn)直至帶負(fù)荷。開機(jī)后，調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行正常。

在機(jī)組啟動(dòng)的暖管階段要求高壓主汽門、中壓主汽門、調(diào)速汽門以及高排逆止門關(guān)閉嚴(yán)密無漏汽，嚴(yán)防水和冷汽進(jìn)入汽輪機(jī)，而該型機(jī)組中聯(lián)門（結(jié)構(gòu)見圖1）的中壓調(diào)門為無預(yù)啟閥形式，每個(gè)調(diào)節(jié)閥碟上開有4個(gè)直徑50 mm的汽壓平衡孔，故中壓調(diào)門不能隔離再熱蒸汽，只能靠中壓自動(dòng)主汽門截?cái)嗾羝?。汽門不受控制開啟的缺陷可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)組盤車狀態(tài)時(shí)非正常沖轉(zhuǎn)及其他不良后果，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。

3 原因分析

中壓自動(dòng)主汽門的動(dòng)作直接受油動(dòng)機(jī)控制。該油動(dòng)機(jī)又受DEH控制，完成閥門的開啟和關(guān)閉。它屬于兩位開關(guān)控制型，即只有全開和全關(guān)兩種工況，正常情況不可能出現(xiàn)部分開啟的工況。熱工查閱工程師站歷史記錄，在啟動(dòng)EH油泵至運(yùn)行人員在DEH“自動(dòng)控制”畫面點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕期間，中主油動(dòng)機(jī)指令都為“關(guān)”，各電磁閥的狀態(tài)也未見異常，故暫時(shí)排除邏輯控制方面的原因，查找方向重點(diǎn)集中在液壓系統(tǒng)方面。調(diào)速系統(tǒng)的液壓控制原理簡圖，見圖2（省略部分原理重復(fù)設(shè)備未畫出，下文敘述也僅以圖中設(shè)備作例，不再對原理重復(fù)的設(shè)備另行描述）。

圖1 中聯(lián)門

3.1 工作原理簡介

機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，先啟動(dòng)調(diào)速油泵和EH油泵，分別建立透平壓力油LP和高壓抗燃油壓力油HP，并調(diào)整好油壓和油溫參數(shù)。待達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)條件時(shí)，運(yùn)行人員從“自動(dòng)控制”畫面點(diǎn)擊“掛閘”按鈕，遮斷電磁閥組件3YV帶電，建立1.96 MPa的透平油安全油LPT使隔膜閥關(guān)閉，截?cái)嗫谷加桶踩虷PT（此時(shí)HPT油流源自高、中壓自動(dòng)主汽門的快關(guān)電磁閥21YV、27YV過來）排向無壓排油DR2母管的回路；高壓遮斷模塊的4個(gè)電磁閥13YV、14YV、15YV和16YV帶電，截?cái)嗔薍PT排向DR2母管的另一回路，從而建立起約14 MPa的HPT油壓；同時(shí)，中壓自動(dòng)主汽門油動(dòng)機(jī)試驗(yàn)電磁閥28YV帶電，截?cái)嗖⑿兜糁兄饔蛣?dòng)機(jī)活塞下部油壓，確保中壓自動(dòng)主汽門處于關(guān)閉狀態(tài)，如此完成機(jī)組掛閘過程。

圖2 調(diào)速系統(tǒng)液壓控制原理簡圖

隨后運(yùn)行人員從控制畫面選擇啟動(dòng)方式并按“運(yùn)行”按鈕，此時(shí)中主油動(dòng)機(jī)28YV失電，高壓油經(jīng)過節(jié)流孔及試驗(yàn)電磁閥28YV進(jìn)入油缸下腔室，油動(dòng)機(jī)克服彈簧力和蒸汽力作用，以一定速率打開中壓主汽閥門，同時(shí)高壓自動(dòng)主汽門也在電液伺服閥EHSV5的控制下全開。

然后，運(yùn)行人員檢查確認(rèn)高壓主汽門和中壓主汽門全開，高壓調(diào)門和中壓調(diào)門全關(guān)，檢查“目標(biāo)”自動(dòng)變?yōu)? 000 r/min、“升速率”為100 r/min后，在控制畫面按“運(yùn)行/保持”按鈕，此時(shí)DEH系統(tǒng)向高壓調(diào)門和中壓調(diào)門伺服閥EHSV1及EHSV11發(fā)出指令，使高壓調(diào)門和中壓調(diào)門逐漸開啟，主機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升。

本系統(tǒng)設(shè)置有電氣、機(jī)械及手動(dòng)3種冗余的遮斷手段，掉閘時(shí)均可觸發(fā)高壓遮斷模塊的4個(gè)電磁閥13YV、14YV、15YV和16YV失電，從而泄去抗燃油安全油HPT，同時(shí)超速限制OPC電磁閥11YV和12YV，各油動(dòng)機(jī)集成塊上的試驗(yàn)電磁閥28YV，快關(guān)電磁閥17YV、21YV、27YV和29YV全部帶電，確保各油動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)直至ETS復(fù)位，方允許重新掛閘。

3.2 缺陷分析

油動(dòng)機(jī)開啟說明油動(dòng)機(jī)活塞下部有油壓。EH油泵啟動(dòng)后，調(diào)速系統(tǒng)掛閘前中所有電磁閥均未帶電。此時(shí)，壓力油HP進(jìn)入中壓主汽門RSV1油動(dòng)機(jī)后分兩路：一路經(jīng)快關(guān)電磁閥27YV到達(dá)卸載閥（型號(hào)Vickers F3-CVI-32-D10-M-40，結(jié)構(gòu)見圖3）閥芯上部，通往HPT母管，最后到達(dá)高壓遮斷集成塊，通過4個(gè)高壓遮斷電磁閥13YV、14YV、15YV和16YV及隔膜閥排至無壓排油DR2母管回油箱；另一路經(jīng)試驗(yàn)電磁閥28YV后到達(dá)卸載閥閥芯底部和油動(dòng)機(jī)活塞底部，并克服卸載閥芯上部彈簧及油壓力頂開卸載閥后排往有壓排DR1回油箱?？梢姡缧遁d閥芯沒有打開或排油不暢，會(huì)導(dǎo)致油動(dòng)機(jī)活塞底部的油壓升高。若該壓力高至一定程度，活塞將克服操縱座彈簧力、閥芯自重及蒸汽作用在主汽門預(yù)啟蝶閥上的壓力向上移動(dòng)打開中壓主汽門。查廠家Vikers資料，該型卸載閥開啟壓力為0.155 MPa（相當(dāng)于彈簧預(yù)加力），閥芯提升面積比為1:1（閥芯下部面積與上部面積之比），故閥芯下部油壓會(huì)跟隨上部油壓變化而變化，且下部油壓會(huì)比上部略高。而高壓遮斷模塊采用的是4個(gè)通徑為10 mm的常開式插裝電磁閥（型號(hào)Sterling GS061600V），并未采用常見的電磁閥加卸載閥放大組合形式。在系統(tǒng)未掛閘時(shí)雖然HPT油壓沒有建立，但仍然有壓力油流經(jīng)卸載閥芯上部。假如啟泵時(shí)油溫較低，抗燃油粘度較高，高壓遮斷模塊排油不暢，會(huì)導(dǎo)致HPT母管在未掛閘時(shí)存在一定的油壓，從而卸載閥芯下部和油動(dòng)機(jī)活塞底部也有油壓使汽門打開。之后油溫升高，抗燃油粘度減小，高壓遮斷模塊排油逐漸恢復(fù)正常，油動(dòng)機(jī)活塞下油壓隨之減小，汽門逐漸回落。到?jīng)_轉(zhuǎn)前調(diào)速系統(tǒng)掛閘，卸載閥芯上部HPT油壓突然建立，油動(dòng)機(jī)活塞下油壓瞬間升高。此時(shí)，雖然油動(dòng)機(jī)試驗(yàn)電磁閥同步帶電切斷并泄去油動(dòng)機(jī)活塞下的高壓油，但因?yàn)樵囼?yàn)電磁閥的泄油回路存在0.8 mm的節(jié)流孔，泄壓存在延時(shí)，導(dǎo)致汽門稍微開啟后又回落。

為驗(yàn)證以上分析，在機(jī)組臨修期間對高壓遮斷模塊泄油能力進(jìn)行試驗(yàn)，分別觀察在啟動(dòng)EH主油泵過程中及EH油壓穩(wěn)定后相關(guān)參數(shù)的變化，記錄結(jié)果如表1所示。

圖3 卸載閥

表1 高壓遮斷模塊泄油能力試驗(yàn)記錄

對表1數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到如下結(jié)果：

（1）高壓遮斷模塊不能把HPT油壓完全泄掉，且中主油動(dòng)機(jī)的開度隨HPT油壓的增加而增加；

（2）當(dāng)HPT低于0.6 MPa時(shí)，中主油動(dòng)機(jī)不會(huì)異常動(dòng)作；

（3）HPT油壓隨油溫上升而下降，且當(dāng)油溫達(dá)到46 ℃時(shí)，在啟動(dòng)EH主油泵過程中，中主油動(dòng)機(jī)不會(huì)異常打開。

4 結(jié) 論

通過以上分析和試驗(yàn)，確定汽門不受控制開啟的原因是EH高壓遮斷模塊與隔膜閥泄油量不足，導(dǎo)致EH高壓油泵啟動(dòng)時(shí)高壓保安油存在一定背壓，類似于掛閘狀態(tài)，使中壓自動(dòng)主汽門油動(dòng)機(jī)活塞下產(chǎn)生油壓，而汽門操縱座彈簧力及閥芯的自重等又不足以克服油動(dòng)機(jī)活塞向上的提升力，從而使油動(dòng)機(jī)自動(dòng)打開。如果采用更換高壓遮斷模塊、擴(kuò)大從高壓遮斷模塊至供油裝置的排油管徑的方法消除缺陷，不僅改造費(fèi)用高，而且工期長，對生產(chǎn)影響較大。經(jīng)討論研究，決定把4個(gè)中壓自動(dòng)主汽門油動(dòng)機(jī)上的Vickers（型號(hào)DG4V-3-2A-VM-U-SA7-60）試驗(yàn)電磁閥更換為可長期通電的Rexroth（型號(hào)4WE-6-D6X/EG220N9K4/V）電磁閥，并修改邏輯使試驗(yàn)電磁閥從EH主油泵啟動(dòng)瞬間直至調(diào)速系統(tǒng)掛閘后機(jī)組沖轉(zhuǎn)前一直帶電，切斷進(jìn)入油動(dòng)機(jī)活塞底部的油路，防止中壓主汽門非正常開啟。該方案實(shí)施后，系統(tǒng)運(yùn)行正常、穩(wěn)定。