汽輪機(jī)汽門全行程活動試驗自主技術(shù)改造實施方案探討

陳雨

摘 要：近年來，汽輪機(jī)超速事故仍有發(fā)生，而完善汽輪機(jī)防止超速的各項措施，才能進(jìn)一步降低事故的發(fā)生。汽輪機(jī)高中壓主汽門及調(diào)速汽門定期活動試驗是最為常規(guī)但尤為重要的一項措施。目前大部分機(jī)組并不具備汽門全行程活動試驗功能，存在一定的隱患，增加汽輪機(jī)汽門全行程活動試驗功能勢在必行。筆者公司自主進(jìn)行技術(shù)改造，實施了汽輪機(jī)高中壓主、調(diào)速汽門全行程活動試驗功能，本文通過對方案進(jìn)行分析總結(jié)，為各發(fā)電企業(yè)進(jìn)行自主改造提供參考。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);超速;汽門;邏輯修改;全行程活動試驗

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）09-0110-02

0 緒論

眾所周知[1]，汽輪機(jī)超速造成的事故，會引起整個機(jī)組的設(shè)備損壞，導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失[2]。閥門活動試驗是其中預(yù)防措施之一，而我公司機(jī)組只具備閥門部分行程活動試驗功能，活動開度15%[3]，不能驗證閥門是否全行程靈活無卡澀，在事故狀態(tài)仍有卡澀風(fēng)險。針對此問題，公司準(zhǔn)備進(jìn)行汽門的全行程改造，因廠家報價較高，為減輕企業(yè)經(jīng)營壓力，鍛煉專業(yè)隊伍，遂決定自主進(jìn)行技術(shù)改造工作。

1改造前機(jī)組設(shè)備及閥門活動試驗情況

1.1 機(jī)組設(shè)備情況

我公司汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠制造，型號為C320/248-16.7/0.36/537/537型，型式為亞臨界、一次中間再熱、高中壓合缸、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。高壓進(jìn)汽部分布置兩路機(jī)前主汽管道，共設(shè)置兩個高壓主汽門和四個高壓調(diào)速汽門;中壓進(jìn)汽部分為兩路中壓進(jìn)汽管道，分別設(shè)置中壓主汽門、調(diào)速汽門聯(lián)合汽閥。正常運行期間（50%負(fù)荷以上），只通過四個高壓調(diào)速汽門控制機(jī)組負(fù)荷。

1.2 汽輪機(jī)閥門活動試驗情況

公司DEH系統(tǒng)初始未設(shè)計汽門全行程活動試驗，只具備高中壓主汽門部分行程活動試驗功能模塊，以及配套的試驗設(shè)備、操作畫面。運行人員每周對各主汽門進(jìn)行一次部分行程活動試驗，活動行程15%。

2 汽門全行程活動試驗功能改造情況

2.1 項目可行性分析

通過對機(jī)組設(shè)備的分析，汽門全行程試驗可以開展，要求機(jī)組負(fù)荷控制在70%以下進(jìn)行。改造工作需增加相關(guān)汽門的10%位置行程開關(guān)，通過DCS邏輯修改增加相關(guān)試驗功能。

2.2 項目調(diào)研

2.2.1 設(shè)備方面調(diào)研情況

從設(shè)備及邏輯情況角度，分別對周邊電力企業(yè)汽輪機(jī)汽門全行程活動試驗情況進(jìn)行了調(diào)研。調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn)有的電廠機(jī)組出廠具備此項功能，部分電廠因閥門形式無法實現(xiàn)。

2.2.2 運行方面調(diào)研情況

與系統(tǒng)內(nèi)汽輪機(jī)型號相似的單位咨詢汽門全行程活動試驗情況，重點了解試驗時間、試驗過程中機(jī)組各項參數(shù)變化，有的單位試驗情況較好，個別單位也因參數(shù)波動較大出現(xiàn)不能試驗的情況。

2.3 方案制定及論證

根據(jù)與汽輪機(jī)廠家及相關(guān)企業(yè)調(diào)研情況，針對新增汽輪機(jī)高中壓主、調(diào)速汽門全行程活動試驗的邏輯設(shè)計進(jìn)行了初步審查、修正以及細(xì)節(jié)完善，確保項目改造方案符合現(xiàn)場實際，試驗過程預(yù)防措施要求，保證試驗進(jìn)行中盡量減小對機(jī)組的擾動，提高試驗安全性。

在論證過程中，主要針對可能造成機(jī)組參數(shù)變化的以下幾方面問題進(jìn)行了重點研討：

2.3.1 汽門關(guān)閉時間控制

全行程活動試驗時，每個汽門的關(guān)閉時間對試驗安全有著重要的影響，關(guān)閉時間過短可能對主、再熱蒸汽壓力造成較大影響，進(jìn)而影響汽包水位等參數(shù)調(diào)節(jié)失穩(wěn)甚至引發(fā)事故。關(guān)閉時間過長則會造成不必要的時間浪費，影響機(jī)組能耗指標(biāo)。經(jīng)過分析，決定對通過控制試驗電磁閥關(guān)閉的汽門，冷態(tài)傳動時記錄全關(guān)時間，如動作過快，則通過調(diào)整泄油節(jié)流孔限制速度;采用MOOG閥控制的汽門，通過設(shè)定關(guān)閉速率來控制時間。

2.3.2 高壓主汽門與高壓調(diào)速汽門間聯(lián)接方式

高壓主汽門與高壓調(diào)速汽門對應(yīng)關(guān)系如何，是決定高壓閥門單獨試驗還是成套試驗的關(guān)鍵，如果是單側(cè)進(jìn)汽對機(jī)組負(fù)荷和參數(shù)的影響較大。弄清楚汽門的實際構(gòu)造是完成試驗設(shè)計的基礎(chǔ)工作，經(jīng)分析設(shè)備圖紙和現(xiàn)場實際試驗，公司機(jī)組高壓進(jìn)汽方式為在兩個高壓主汽門后聯(lián)通、四個高壓調(diào)速汽門同時進(jìn)汽。

2.3.3中壓主汽門和調(diào)速汽門的布置方式及問題考慮

機(jī)組中壓主汽門和調(diào)速汽門為聯(lián)合汽閥，活動試驗時將形成單側(cè)進(jìn)汽，通過與東汽廠的技術(shù)咨詢，同時對以往發(fā)生中壓單側(cè)汽門的事件參數(shù)曲線進(jìn)行分析，機(jī)組在中壓單側(cè)進(jìn)汽方式的狀態(tài)，各項參數(shù)無明顯變化，全行程活動試驗可以進(jìn)行。

2.4 試驗方案概述

2.4.1 試驗允許條件

（1）單閥方式。（2）功率控制方式。（3）自動控制方式。（4）機(jī)組負(fù)荷在150MW～210MW之間。

滿足以上條件，試驗允許進(jìn)行。試驗過程中任一條件不滿足時切除當(dāng)前試驗，恢復(fù)汽門開度至初始值。

2.4.2 試驗方案主要內(nèi)容

（1）在DEH控制系統(tǒng)中增加高中壓主汽門、調(diào)速汽門全行程活動試驗功能，設(shè)置閥門全行程活動試驗投入、切除操作端。（2）全行程活動試驗在“單閥”方式下進(jìn)行。（3）高壓主、調(diào)速汽門每個閥門設(shè)置一個試驗操作端，中壓主、調(diào)速汽門為成組試驗，設(shè)置兩個操作端，共有八部分;每部分均設(shè)置試驗投、切功能、試驗允許條件、試驗切除條件。（4）每項試驗均允許試驗過程中手動切除，試驗過程中手動切除后程序控制相關(guān)閥門恢復(fù)試驗前狀態(tài)。（5）試驗在“測功”投入狀態(tài)下進(jìn)行，且閥門全行程活動試驗投入后自動切除一次調(diào)頻，試驗切除后自動恢復(fù)一次調(diào)頻。（6）所有閥門均應(yīng)在試驗畫面顯示閥門“全開”“10%”“全關(guān)”等位置狀態(tài)信號，具備LVDT的閥門應(yīng)在試驗畫面顯示實際開度，便于運行人員監(jiān)視試驗過程中閥門位置。（7）每個閥門均設(shè)置關(guān)至10%開度后遮斷電磁閥動作開關(guān)功能，可驗證各閥門遮斷電磁閥是否動作正常，該功可在試驗邏輯中選擇投入或切除。

2.4.3 方案技術(shù)創(chuàng)新點

（1）試驗過程全面性。增加各汽門關(guān)至10%行程動作遮斷電磁閥邏輯，進(jìn)行汽門全行程試驗過程中，可檢驗各汽門遮斷動作是否正常。（2）試驗過程可控性。各汽門試驗過程均加入手動切除和超時切除功能，當(dāng)試驗過程中出現(xiàn)異?；虺^預(yù)期時間時，可以手動或通過超時控制回路將試驗切除，及時恢復(fù)到試驗前狀態(tài)。（3）保持試驗連續(xù)性。為防止試驗過程中，因一次調(diào)頻動作將功率控制切除，造成試驗中斷，增加試驗過程中自動屏蔽一次調(diào)頻動作回路功能，保證試驗順利進(jìn)行。

2.5 改造項目實施情況

2.5.1 邏輯編寫

在原有部分行程試驗的基礎(chǔ)上，新增一套全行程試驗功能組，與原有邏輯相互獨立，互不影響。根據(jù)汽門關(guān)閉方式的不同，使用不同的控制模塊（試驗電磁閥控制或MOOG閥控制）來達(dá)到試驗?zāi)康?，同時在試驗過程中，任一汽門進(jìn)行試驗時，其它汽門閉鎖相應(yīng)的試驗功能，避免多個汽門同時動作，確保試驗過程安全穩(wěn)定。

2.5.2 操作畫面繪制

新增全行程試驗畫面，用于高中壓主、調(diào)速汽門全行程試驗投切操作以及各汽門開度、行程開關(guān)狀態(tài)等試驗信息的顯示。

2.5.3 現(xiàn)場安裝

本次現(xiàn)場元件改造工作較少，在原有行程開基礎(chǔ)上，新增各汽門10%位置行程開關(guān)，并敷設(shè)電纜接入DCS系統(tǒng)。

3 驗收試驗

為驗證本次邏輯修改效果，于機(jī)組啟動前進(jìn)行了高中壓主、調(diào)速汽門冷態(tài)模擬試驗，于機(jī)組啟動后進(jìn)行了150MW負(fù)荷下熱態(tài)試驗。

3.1 冷態(tài)模擬試驗

3.1.1 試驗?zāi)康?/p>

本次增加唐熱1號機(jī)組高中壓主、調(diào)速汽門全行程活動試驗功能改造為自主進(jìn)行，在機(jī)組啟動前進(jìn)行冷態(tài)模擬試驗，驗證新增閥門動作邏輯是否能夠按要求進(jìn)行，試驗投入、切除條件是否正確。

3.1.2 試驗方法及步驟

（1）機(jī)組處于停運狀態(tài)，汽輪機(jī)保護(hù)試驗、高中壓主、調(diào)速汽門整定已全部完成并驗收合格。（2）汽輪機(jī)掛閘，保安油建立，掛閘成功后，運行人員在上位機(jī)點擊“運行”按鈕，全開高中壓主汽門。（3）將高壓調(diào)速汽門1-4閥位指令強(qiáng)制為40%;將中調(diào)門閥位指令強(qiáng)制為100%。檢查調(diào)速汽門開度正確。（4）將DEH處于自動方式、投入DEH測功控制、機(jī)組并網(wǎng)信號強(qiáng)制為1，實際機(jī)組負(fù)荷強(qiáng)制為160MW，熱工試驗人員確認(rèn)所有DCM板無故障報警。（5）運行人員依次進(jìn)行右側(cè)高壓主汽門、左側(cè)高壓主汽門、高壓調(diào)速汽門1-4、左側(cè)中壓主、調(diào)速汽門成組試驗、右側(cè)中壓主、調(diào)速汽門成組試驗。（6）記錄各個閥門關(guān)閉至10%動作時間、全關(guān)動作時間、全開動作時間。

3.1.3 試驗數(shù)據(jù)

試驗過程中記錄了各汽門開啟及關(guān)閉時間病進(jìn)行備案，各閥門時間在116s～206s，帶遮斷電磁閥試驗在109s～196s內(nèi)滿足時間要求。

3.2 熱態(tài)試驗

通過冷態(tài)模擬試驗，驗證了本次新增邏輯的正確性，對試驗中發(fā)現(xiàn)的漏洞進(jìn)行了處理、完善。在機(jī)組啟動后負(fù)荷維持150MW穩(wěn)定工況后，進(jìn)行了熱態(tài)試驗。

3.2.1 試驗?zāi)康?/p>

熱態(tài)試驗為邏輯修改異動后驗收試驗，在150MW負(fù)荷下驗證高中壓主、調(diào)速汽門能否順利進(jìn)行;同時監(jiān)視試驗過程中機(jī)組負(fù)荷、主汽壓力、主汽溫度、汽輪機(jī)軸系振動、軸瓦溫度、軸向位移等相關(guān)參數(shù)是否出現(xiàn)異常波動現(xiàn)象，驗證試驗可行性。

3.2.2 試驗方法及步驟

（1）確認(rèn)機(jī)組所有主汽門已開啟到位，負(fù)荷穩(wěn)定在150MW，已投入功率控制（測功），汽輪機(jī)單閥方式運行，主汽壓力、溫度滿足規(guī)程規(guī)定且穩(wěn)定無明顯波動。

（2）試驗開始前將汽輪機(jī)各瓦振動、溫度、軸位移等主要參數(shù)做好趨勢，便于試驗過程中觀察參數(shù)變化情況，發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常應(yīng)立即切除試驗，恢復(fù)至試驗前工況。

（3）運行人員依次進(jìn)行右側(cè)高壓主汽門、左側(cè)高壓主汽門、高壓調(diào)速汽門1-4、左側(cè)中壓主、調(diào)速汽門成組試驗、右側(cè)中壓主、調(diào)速汽門成組試驗。

（4）記錄各個閥門關(guān)閉至10%動作時間、全關(guān)動作時間、全開動作時間。

3.2.3 試驗數(shù)據(jù)（表1）

試驗過程中記錄了各汽門開啟及關(guān)閉時間，從表1可以看出，各閥門動作時間在113s～208s內(nèi)滿足預(yù)期參數(shù)要求。

3.2.4 試驗過程中機(jī)組負(fù)荷及汽輪機(jī)各主要參數(shù)變化情況

（1）汽輪機(jī)各軸承振動情況。在進(jìn)行150MW負(fù)荷熱態(tài)高中壓主、調(diào)速汽門全行程活動試驗過程中，監(jiān)視汽輪機(jī)各軸承振動、瓦溫均無明顯波動。僅2號高調(diào)門關(guān)閉后1、2瓦X方向軸振有小幅降低，在調(diào)門開啟后恢復(fù)正常。同時，期間通過TDM系統(tǒng)監(jiān)視振動相位試驗期間小幅度變化后恢復(fù)正常，無明顯異常趨勢。

（2）機(jī)組負(fù)荷波動情況。試驗過程中，進(jìn)行高、中壓主汽門、中壓調(diào)速汽門全行程活動試驗時機(jī)組負(fù)荷無波動，在進(jìn)行高壓調(diào)速汽門活動試驗時，機(jī)組負(fù)荷波動在±5MW左右，能夠保證主汽壓力穩(wěn)定。

4 結(jié)論

本次1號機(jī)組進(jìn)行高中壓主、調(diào)速汽門全行程活動試驗自主邏輯修改，經(jīng)冷態(tài)、熱態(tài)試驗驗收正常，達(dá)到全行程活動目標(biāo)要求且對機(jī)組安全運行無影響，具備及時發(fā)現(xiàn)汽門卡澀隱患的功能。為企業(yè)節(jié)省資金，鍛煉了專業(yè)自主技改能力，也給其它不具備汽門全行程活動試驗的企業(yè)提供了相關(guān)的技術(shù)經(jīng)驗。

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