660 MW 超臨界機組鍋爐給水泵小汽輪機速關(guān)閥故障分析及處理

陳順青,葉明星,安 琪,于長江

(河北國華滄東發(fā)電有限責(zé)任公司,河北 滄州 061003)

鍋爐給水泵是火電廠的重要設(shè)備,超臨界機組的鍋爐給水泵采用轉(zhuǎn)速可變的小汽輪機來驅(qū)動[1]。某火電廠660 MW 超臨界機組配套使用的鍋爐給水泵型號為NK63/71/0型單缸、軸流、反動、冷凝式汽輪機,用于驅(qū)動660 MW 火電機組50%容量鍋爐給水泵。2臺汽輪機驅(qū)動2臺鍋爐給水泵,2臺給水泵并聯(lián)運行,配1 臺主機。機組正常運行時,鍋爐給水泵小汽輪機的工作汽源由主機四段抽汽提供,經(jīng)速關(guān)閥進(jìn)入蒸汽室。

給水泵小汽輪機速關(guān)閥在啟動掛閘過程和閥門松動試驗過程出現(xiàn)故障的情況較為普遍[2],類似問題亟待解決。文中重點介紹某火電廠660 MW超臨界機組鍋爐給水泵小汽輪機在啟動掛閘過程中,發(fā)出ETS復(fù)位指令而未發(fā)出掛閘指令的情況下,速關(guān)閥自動開啟問題的原因分析及處理。

1 故障情況分析

1.1 速關(guān)閥正常動作過程

小汽輪機速關(guān)閥也叫小汽輪主汽門,是一種電液伺服執(zhí)行機構(gòu),通過與之配套使用的速關(guān)組件相關(guān)電磁閥接受DCS指令,控制速關(guān)閥油缸的供油和回油,從而開啟和關(guān)閉速關(guān)閥,控制蒸汽與小汽輪機之間管路的通斷。某火電廠660 MW 超臨界機組鍋爐給水泵小汽輪機速關(guān)閥的正常開啟過程為:在潤滑油系統(tǒng)正常運行后,ETS 復(fù)位,跳閘指令消失,速關(guān)組件停機電磁閥失電,插裝閥關(guān)閉,快速泄油回路截斷,掛閘指令發(fā)出后,速關(guān)組件的啟動油電磁閥和速關(guān)油電磁閥同時帶電,啟動油壓力建立,速關(guān)閥活塞與活塞盤的密封面緊密接觸,速關(guān)油通路被截止,15 s后速關(guān)油電磁閥失電,速關(guān)油導(dǎo)通,速關(guān)閥在活塞盤左側(cè)的速關(guān)油與活塞右側(cè)的啟動油之間0.05 MPa壓差作用下緩慢開啟,60 s后啟動油電磁閥失電,啟動油泄掉,小汽輪機速關(guān)閥在速關(guān)油的作用下迅速開啟到全開位。小汽輪機速關(guān)閥正常開啟曲線如圖1所示。

圖1 鍋爐給水泵小汽輪機速關(guān)閥正常開啟曲線

1.2 速關(guān)閥故障過程

某火電廠660 MW 超臨界機組經(jīng)過檢修后對小汽輪機各閥門進(jìn)行傳動調(diào)試,傳動調(diào)試速關(guān)閥時,在發(fā)出ETS復(fù)位脈沖指令后未發(fā)出掛閘脈沖指令的情況下,速關(guān)油壓力低信號消失,跳閘指令消失,速關(guān)閥自動緩慢打開,啟動油電磁閥和速關(guān)油電磁閥指令均未產(chǎn)生,就地啟動油壓力表指示0 MPa,就地速關(guān)油壓力表顯示約為0.8 MPa。小汽輪機速關(guān)閥故障開啟曲線如圖2所示。

圖2 鍋爐給水泵小汽輪機速關(guān)閥故障開啟曲線

2 故障原因分析

2.1 故障曲線對比分析

將文中速關(guān)閥故障開啟曲線與正常開啟曲線作初步對比分析。經(jīng)過圖1和圖2對比發(fā)現(xiàn)速關(guān)閥故障開啟和正常開啟過程主要有如下區(qū)別。

a.速關(guān)閥故障開啟時,全程保持勻速緩慢開啟,持續(xù)時間約3 min方可全開;速關(guān)閥正常開啟時,先勻速緩慢開啟約30 s,啟動油電磁閥帶電指令消失后速關(guān)閥迅速打開,開啟全程用時約1 min。

b.速關(guān)閥故障開啟時,ETS復(fù)位指令發(fā)出后,速關(guān)油壓力低信號隨即消失,建立速關(guān)油油壓;速關(guān)閥正常開啟時,ETS復(fù)位指令發(fā)出后,速關(guān)油壓力低信號不消失,直至速關(guān)油電磁閥失電后速關(guān)油壓力低信號消失,隨后建立速關(guān)油油壓。

c.速關(guān)閥故障開啟時,掛閘指令并未發(fā)出,啟動油電磁閥和速關(guān)油電磁閥帶電控制指令均未產(chǎn)生;速關(guān)閥正常開啟時,掛閘指令發(fā)出,啟動油電磁閥和速關(guān)油電磁閥控制指令隨即產(chǎn)生。

基于速關(guān)閥故障開啟和正常開啟過程的對比,基本可以排除控制指令誤發(fā)的因素,但具體原因需要進(jìn)一步深入分析。

2.2 速關(guān)閥機械原因分析

某火電廠采用無單獨閥殼的速關(guān)閥,水平安裝在小汽輪機進(jìn)汽室側(cè)面,主要由油缸和閥體兩部分組成。機械結(jié)構(gòu)示意見圖3。

圖3 鍋爐給水泵小汽輪機速關(guān)閥機械結(jié)構(gòu)示意

速關(guān)閥的開啟是由啟動油F 和速關(guān)油E2相互配合控制的。速關(guān)閥開啟時,啟動油通到活塞的右端,活塞在啟動油油壓的作用下克服彈簧力而壓向活塞盤,使其與活塞盤的密封面緊密接觸。然后,速關(guān)油通入到活塞盤的左側(cè),活塞盤左側(cè)的速關(guān)油油壓建立后,啟動油通過速關(guān)組件中的溢流閥開始有控制的泄放。此時,活塞同活塞盤就像-個整體,在速關(guān)油和啟動油壓差(約0.05 MPa)作用下向右移動直到與試驗活塞頂死,因為活塞盤和閥桿右端相連,所以隨著活塞盤的移動,速關(guān)閥也隨之開啟。

從速關(guān)閥機械原因分析并結(jié)合故障現(xiàn)象可知,若閥桿上有鹽垢或油缸部件有油垢而產(chǎn)生了額外的運動阻力,或者閥桿因長期運行發(fā)生彎曲而增大摩擦阻力都會造成上述故障現(xiàn)象。

2.3 速關(guān)閥調(diào)節(jié)油系統(tǒng)原因分析

速關(guān)組件是速關(guān)閥調(diào)節(jié)油系統(tǒng)中重要的組成部分,其主要包括1843啟動油電磁閥,1842速關(guān)油電磁閥,2222、2223停機電磁閥,1853溢流閥,插裝閥DG40和DG16等。速關(guān)組件結(jié)構(gòu)及工作原理如圖4所示。

圖4 速關(guān)組件結(jié)構(gòu)及工作原理

2.3.1 速關(guān)閥調(diào)節(jié)油系統(tǒng)“油路一”分析

潤滑油系統(tǒng)正常運行時,供速關(guān)閥用潤滑油由1路總供油管路分成2路分供油管路。其中速關(guān)閥調(diào)節(jié)油系統(tǒng)“油路一”的潤滑油直接送至速關(guān)組件,進(jìn)入速關(guān)組件后又分為4路:第1路經(jīng)2250手動停機閥、2222/2223 停機電磁閥后成為插裝閥DG40的控制油,該路控制油油壓消失后插裝閥DG40開啟,速關(guān)閥供油管路中的速關(guān)油及油缸中的速關(guān)油快速泄掉,使速關(guān)閥迅速關(guān)閉;第2路經(jīng)2309速關(guān)閥聯(lián)機試驗閥后成為試驗油H 供速關(guān)閥松動試驗用;第3路經(jīng)1843啟動油電磁閥后成為啟動油F和危急保安裝置的開關(guān)油M,啟動油F壓力建立后活塞克服彈簧力作用將活塞壓向活塞盤,1853溢流閥保證啟動油F 壓力小于速關(guān)油E2約0.05 MPa,開關(guān)油M 壓力建立后,危急遮斷油門滑閥上的油壓力克服彈簧力作用使危急遮斷油門復(fù)位;第4路作為速關(guān)閥的“動力油1”進(jìn)入速關(guān)油供油管路(圖4帶短斜線部分),插裝閥DG40關(guān)閉時作為速關(guān)油E2直接送至速關(guān)閥油缸,插裝閥DG40開啟時直接泄放至回油回路。

2.3.2 速關(guān)閥調(diào)節(jié)油系統(tǒng)“油路二”分析

速關(guān)閥調(diào)節(jié)油系統(tǒng)“油路二”的潤滑油直接送至危急遮斷裝置,經(jīng)危急遮斷油門后成為速關(guān)油E1再送至速關(guān)組件,進(jìn)入速關(guān)組件后E1又分為2路:第1路作為插裝閥DG16的“控制油”,第2路作為速關(guān)閥的“動力油2”。當(dāng)1842速關(guān)油電磁閥不帶電時,插裝閥DG16開啟,插裝閥DG16的“控制油”、速關(guān)閥的“動力油2”、速關(guān)閥的“動力油1”匯合后成為速關(guān)油E2 進(jìn)入速關(guān)閥油缸;當(dāng)1842速關(guān)油電磁閥帶電時,插裝閥DG16的“控制油”使插裝閥關(guān)閉,切斷“動力油2”成為E2的通路,僅剩“動力油1”與E2導(dǎo)通。若插裝閥DG40關(guān)閉,僅靠速關(guān)閥的“動力油1”的壓力不足以克服啟動油壓力使速關(guān)閥開啟。

從速關(guān)閥調(diào)節(jié)油系統(tǒng)油路分析并結(jié)合故障現(xiàn)象可知,速關(guān)組件中啟動油電磁閥故障導(dǎo)致上述故障現(xiàn)象產(chǎn)生的可能性比較大。

3 故障處理及效果

基于以上分析并考慮處理缺陷的難易程度,該廠檢修人員首先從速關(guān)閥調(diào)節(jié)油系統(tǒng)(尤其速關(guān)組件)入手。在故障處理過程中,檢修人員意外發(fā)現(xiàn)啟動油壓力表一次門未開(機務(wù)檢修作業(yè)因充氬焊接需要關(guān)閉一次門),在打開一次門后啟動油壓力表指示約為0.75 MPa,而此時無掛閘指令。根據(jù)速關(guān)閥控制原理可知,由于掛閘指令并未發(fā)出,啟動油電磁閥無帶電指令,但啟動油油壓已提前建立。因此考慮啟動油電磁閥繞阻損壞、啟動油電磁閥指令回路存在絕緣破損導(dǎo)致信號串入、啟動油電磁閥損壞卡澀等幾種原因。

通過對速關(guān)組件電磁閥控制指令回路檢查及分別單獨給電磁閥帶電指令試驗后,未發(fā)現(xiàn)指令回路存在明顯絕緣破損、繞阻損壞情況。排除以上2個原因后,對啟動油電磁閥進(jìn)行解體,取出閥芯后發(fā)現(xiàn)套筒內(nèi)部有雜質(zhì),對套筒內(nèi)部進(jìn)行徹底清洗,重新回裝電磁閥后,再次開啟速關(guān)閥,開啟正常,缺陷消除。

4 結(jié)束語

通過對某660 MW 超臨界機組鍋爐給水泵小汽輪機速關(guān)閥在啟動掛閘過程中故障開啟的原因分析及處理,可以得出以下結(jié)論。

a.速關(guān)閥故障開啟和正常開啟區(qū)別2.1節(jié)a的原因是:由于速關(guān)閥整個故障開啟過程中活塞盤左側(cè)速關(guān)油E2與活塞右側(cè)啟動油F始終存在,二者之間存在0.05 MPa的壓差,因此速關(guān)閥全程緩慢開啟。

b.速關(guān)閥故障開啟和正常開啟區(qū)別2.1節(jié)b的原因是:ETS 復(fù)位,跳閘指令消失,2222/2223停機電磁閥失電,插裝閥DG40關(guān)閉,快速泄油回路截斷,速關(guān)閥的"動力油1"和來自危急遮斷油門的速關(guān)油E1匯合后直接送至速關(guān)閥油缸,而此時由于1843啟動油電磁閥卡澀導(dǎo)致啟動油油壓提前建立,速關(guān)閥活塞與活塞盤的密封面已緊密接觸,速關(guān)閥油缸中的回油回路被截死,速關(guān)油油壓建立,速關(guān)油壓力低信號隨即消失。

c.引發(fā)此次故障的直接原因為啟動油電磁閥卡澀,導(dǎo)致電磁閥卡澀的主要因素是潤滑油油料品質(zhì)較差。建議機組運行期間嚴(yán)格控制小汽輪機調(diào)節(jié)油系統(tǒng)油料品質(zhì),機組檢修期間對速關(guān)組件電磁閥線圈進(jìn)行帶電試驗檢查,對速關(guān)組件電磁閥進(jìn)行解體,將電磁閥閥芯打磨光滑并清理套筒內(nèi)部油污,從而避免機組在啟動和運行過程中出現(xiàn)類似故障,保證機組的順利啟動和穩(wěn)定運