600MW汽輪機(jī)再熱主汽閥卡澀及結(jié)構(gòu)改造探究

黃 俊

（國能黃金埠發(fā)電有限公司，江西 余干335100）

汽輪機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的重要設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)過程中起到重要的作用，當(dāng)前，600MW汽輪機(jī)組是最為重要的設(shè)備之一，在運(yùn)行過程中，受到各種因素的影響，往往會(huì)出現(xiàn)各種故障，影響到設(shè)備的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。從設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)上看，再熱主汽閥是汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)最為主要的部套，在機(jī)組打閘后，所有主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥會(huì)同時(shí)快速關(guān)閉，能夠快速有效切斷汽輪機(jī)進(jìn)汽空間，避免了設(shè)備機(jī)組超速運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了設(shè)備的穩(wěn)定與安全。但是，在實(shí)際運(yùn)行過程中，調(diào)節(jié)汽閥卡澀或關(guān)閉不嚴(yán)的問題往往會(huì)造成設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)失靈，只有全面做好結(jié)構(gòu)性分析與調(diào)節(jié)，才能確保嚴(yán)密，更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能。

1 設(shè)備概況

根據(jù)實(shí)例我們分析某汽輪機(jī)組的具體情況，假設(shè)機(jī)組容量600MW，其整體性能為超臨界、中間熱、四缸四排、單軸凝汽，以此汽輪機(jī)組為例，全面分析設(shè)備的情況。根據(jù)運(yùn)行的條件，在汽輪機(jī)壓缸兩側(cè)各布置一個(gè)再熱主汽閥和兩個(gè)再熱調(diào)節(jié)汽閥。設(shè)備工作流程如下：設(shè)備開啟后，再熱主汽閥和再熱蒸汽管道能夠把蒸汽從鍋爐再熱器傳輸?shù)街袎焊走M(jìn)口，再熱調(diào)節(jié)汽閥快速形成關(guān)閉，能夠全面控制由鍋爐再熱段傳導(dǎo)來的蒸汽，可以說，再熱主汽閥的作用非常大，能夠協(xié)調(diào)再熱調(diào)節(jié)汽閥的相關(guān)工作，起到了備用閥的作用，能夠全面保證設(shè)備運(yùn)行中的穩(wěn)定與安全，同時(shí)也起到安全閥作用。再熱主汽閥為搖擺止回式蝶閥，其開關(guān)控制主要是安裝在彈簧室上的再熱主汽閥油動(dòng)機(jī)，整體設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，閥軸安裝閥碟，油動(dòng)遮斷閥安裝到油動(dòng)機(jī)對(duì)面軸端。再熱主汽閥為開關(guān)式兩位閥門，也就是說在工作過程中，能夠全關(guān)或全開，保證了設(shè)備的安全。再熱主汽閥全開就表示設(shè)備正處于正常運(yùn)行期，此時(shí)的油動(dòng)遮斷閥是關(guān)閉的。再熱主汽閥閥體蒸汽壓越強(qiáng)，運(yùn)行工況則會(huì)壓力越大，如果再熱主汽閥軸和襯套間小間隙泄漏蒸汽，則會(huì)影響到設(shè)備的正常運(yùn)行，這種情況下，就會(huì)造成再熱主汽閥軸端一側(cè)壓強(qiáng)與運(yùn)行工況相同，另一端大氣壓過強(qiáng)，兩側(cè)壓差的不同，往往造成軸向低壓端移動(dòng)，軸桿與球面墊片直接接觸，此時(shí)的球面墊片負(fù)荷壓力就會(huì)加大，產(chǎn)生不必要的摩擦阻力。再熱主汽閥運(yùn)行過程中，油動(dòng)遮斷閥呈開啟狀態(tài)，而油動(dòng)遮斷閥釋放再熱主汽閥軸端壓強(qiáng)后，就會(huì)大幅度減少球面墊片摩擦力，熱主汽閥就會(huì)進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在汽輪機(jī)組中，再熱主汽閥是設(shè)備的核心部分，作為設(shè)備最重要的閥門，如果控制不當(dāng)，則會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響，不利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，只有全面保證其安全穩(wěn)定，才能更好地實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)轉(zhuǎn)，再熱主汽閥開啟出現(xiàn)的閥門卡澀，影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，其安全性不容忽視，要全面加以改良，消除隱患，才能保證設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

2 故障過程

該600MW汽輪機(jī)組啟機(jī)時(shí)，出現(xiàn)了一次故障，主要表現(xiàn)為，二號(hào)（右側(cè)）再熱主汽閥不能正常開啟，造成了機(jī)組全面失控。此時(shí)的一號(hào)（左側(cè)）再熱主汽閥是能夠正常開啟的。為了保證設(shè)備的良好運(yùn)行，則需要提前掛閘，采取臨時(shí)性的措施，關(guān)閉小高壓旁路閥，以此全面降低再熱蒸汽壓，下降為0.28MPa進(jìn)行啟動(dòng)，這樣才能在保證一號(hào)正常運(yùn)行的前提下，對(duì)二號(hào)再熱主汽閥進(jìn)行啟動(dòng)。設(shè)備整體運(yùn)行4年整，從主蒸汽系統(tǒng)、EH油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、再熱系統(tǒng)的參數(shù)上看，均為正常表現(xiàn)，需對(duì)上述無法正常啟動(dòng)的原因進(jìn)行深入分析。

3 原因分析

3.1 機(jī)械卡澀

機(jī)械卡澀的故障較普遍，也是機(jī)組無法正常啟動(dòng)的重要原因，因?yàn)殚L時(shí)間的運(yùn)行過程中，各部分部件出現(xiàn)了摩擦，往往導(dǎo)致再熱主汽閥不能正常啟動(dòng)，閥體部件間機(jī)械卡澀是較為普遍的現(xiàn)象，在設(shè)備運(yùn)行中也較多見。通過對(duì)再熱主汽閥結(jié)構(gòu)的分析，其卡澀的部位有可能為閥桿軸向連接處、閥桿徑向連接處及EH驅(qū)動(dòng)油缸傳動(dòng)的問題，為了查清機(jī)組的問題原因，需要通過冷態(tài)拆解的方式，對(duì)設(shè)備進(jìn)行拆除，這樣，才能查明成因，進(jìn)一步修復(fù)設(shè)備，保證設(shè)備能夠良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

第一，閥桿軸向連接是閥桿與球面墊片接觸面的設(shè)備。閥桿材質(zhì)主要是2Crl2NiMolW1V（葉片鋼），球面墊片材質(zhì)主要是38CrMoAlA-5+6（氮化），兩種材質(zhì)都是耐磨材質(zhì)，部件具備一定的摩擦性。設(shè)備拆解后發(fā)現(xiàn)，球面墊片出現(xiàn)了磨損，影響到了設(shè)備的運(yùn)行，球面墊片有重要的功能，其能在閥體開啟后對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，保證封閉性，避免間隙泄漏蒸汽的現(xiàn)象。針對(duì)球面墊片磨損的問題，需要對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，整體看，閥門開啟時(shí)墊片承受到了較大的力量，其巨大的軸向力影響了開啟功能。要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)做好調(diào)整，確保再熱主汽閥數(shù)據(jù)處于標(biāo)準(zhǔn)中，如果數(shù)據(jù)沒有問題，那么問題就是再熱主汽閥開啟的時(shí)候，油動(dòng)遮斷閥沒有快速釋放軸向蒸汽壓強(qiáng)，導(dǎo)致了閥桿卡澀的情況出現(xiàn)。另外，閥門處于一定熱度時(shí)，閥桿和球面墊片會(huì)產(chǎn)生不同程度的膨脹，二者的速度不一致也會(huì)出現(xiàn)閥桿卡澀。

第二，閥桿徑向的連接處是閥桿與4個(gè)襯套結(jié)合面，其表面氧化皮會(huì)形成小部分空間的堆積，徑向卡澀在所難免。

第三，油缸傳動(dòng)部分的問題。油缸傳動(dòng)關(guān)乎到設(shè)備的運(yùn)行，如果傳動(dòng)失靈，也會(huì)出現(xiàn)問題，油缸傳動(dòng)由連桿傳動(dòng)和彈簧座兩部分組成，通過拆解看到，彈簧保持正常，沒有出現(xiàn)裂紋、銹蝕和變形現(xiàn)象，也就是說，設(shè)備不能正常運(yùn)行，并非是彈簧導(dǎo)致的，能夠全面排除油缸傳動(dòng)產(chǎn)生的成因。

3.2 介質(zhì)壓差

機(jī)組在正常的狀態(tài)下，再熱主汽閥能夠在設(shè)計(jì)壓強(qiáng)5.25MPa的常態(tài)下正常啟動(dòng)運(yùn)行，不存在卡澀的故障，設(shè)備始終處于良好的性能狀態(tài)下，而設(shè)備在啟機(jī)過程出現(xiàn)了故障，往往也與介質(zhì)壓差有關(guān)，也就是說，平衡閥開啟后再熱主汽閥前后壓差達(dá)不到設(shè)計(jì)的平衡度，油動(dòng)機(jī)不能克服彈簧力和再熱蒸汽對(duì)閥板反作用力，此時(shí)閥門是不能正常啟動(dòng)的。通過對(duì)設(shè)備的再一次認(rèn)定，對(duì)設(shè)備進(jìn)行二次啟動(dòng)發(fā)現(xiàn)，再熱蒸汽壓強(qiáng)降至0.28MPa時(shí)開啟，熱主汽閥也隨之啟動(dòng)，此時(shí)就證明介質(zhì)壓差對(duì)閥門產(chǎn)生了影響，出現(xiàn)了不能正常啟動(dòng)的現(xiàn)象。介質(zhì)壓差大小與設(shè)備開啟有直接關(guān)聯(lián)，從數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果看，如果差偏大則表明平衡閥及所在管道出現(xiàn)了問題。平衡閥DN32的截止閥口徑小，不利于設(shè)備長期運(yùn)行，如果工作時(shí)間過長，就會(huì)出現(xiàn)異物堵塞管口的現(xiàn)象，再熱主汽閥后壓強(qiáng)就沒有及時(shí)建立起來。如果運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)高壓調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏，也是造成再熱主汽閥和高壓調(diào)節(jié)閥壓差大的成因，經(jīng)過對(duì)設(shè)備的拆解分析，調(diào)節(jié)閥正常，有一定的嚴(yán)密性，整體外觀上沒有漏點(diǎn)，不存在內(nèi)漏的現(xiàn)象，那么造成設(shè)備不能正常啟動(dòng)的成因就是平衡閥口徑小出現(xiàn)了堵塞，只有通過一定的技術(shù)改良，才能進(jìn)一步修正，保證設(shè)備正常啟動(dòng)。

3.3 液壓油系統(tǒng)故障

液壓油系統(tǒng)故障也是較為多見的故障成因，因?yàn)橛吐废到y(tǒng)是啟動(dòng)時(shí)必要的環(huán)節(jié)，特別是再熱主汽閥的驅(qū)動(dòng)，更是由液壓油缸進(jìn)行，才能全面驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓油缸為EH油系統(tǒng)。EH油系統(tǒng)如果出現(xiàn)問題，很大的一部分原因出自液壓油缸動(dòng)力上，如果動(dòng)力不夠，就沒辦法驅(qū)動(dòng)再熱主汽閥運(yùn)轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，EH油系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用，從油路問題的分析上，我們也不難看到，EH油泵出力不足、伺服閥卡澀及管道堵塞均是最為重要的問題表現(xiàn)，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的頻率也非常高。再熱主汽閥不能啟動(dòng)的時(shí)候，可直接導(dǎo)致設(shè)備無法正常運(yùn)行，分析成因時(shí)，就需要在EH油系統(tǒng)啟動(dòng)過程中進(jìn)行，可以設(shè)定上限14.5MPa，另一側(cè)再熱主汽閥如果能夠及時(shí)開啟，則說明就是EH油泵出力的問題，動(dòng)力不足導(dǎo)致無法啟動(dòng)。

3.4 冷熱態(tài)形變

再熱主汽閥熱態(tài)與冷態(tài)都會(huì)出現(xiàn)溫差，溫度如果出現(xiàn)變化就會(huì)導(dǎo)致部件的形變，出現(xiàn)機(jī)械卡澀問題。在制作過程中，為了避免溫度過冷過熱出現(xiàn)的變形問題，采取的材質(zhì)都是高耐熱材質(zhì)，有一定的抗冷熱伸縮性能，而在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境下，如果汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)，沖轉(zhuǎn)到了3000r·min-1后，再熱主汽閥軸桿與閥體溫差達(dá)到300℃，從理論上看，軸桿與端蓋軸向間隙3mm，長期使用中一直沒有對(duì)設(shè)備進(jìn)行質(zhì)檢，質(zhì)檢過程中，也沒有重視軸桿與端蓋軸向間隙的問題，間隙值小于3mm很容易出現(xiàn)軸向碰磨的硬傷，軸桿與端蓋軸向間隙小造成了再熱主汽閥卡澀。

4 處理措施

通過對(duì)上述成因的分析，找到了問題的主導(dǎo)因素，再熱主汽閥卡澀的問題主要是閥桿軸向卡澀徑向卡澀、介質(zhì)壓差導(dǎo)致油動(dòng)機(jī)無法推動(dòng)閥板造成的，要想全面解決好這些故障，則需要通過以下方法進(jìn)行處理，全面保持設(shè)備穩(wěn)定安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.1 擴(kuò)大軸向間隙，消除閥門軸向卡澀

以再熱主汽閥閥體主體結(jié)構(gòu)為依據(jù)，對(duì)軸向間隙進(jìn)行系統(tǒng)的全面調(diào)整，我們?cè)O(shè)計(jì)合理的空間，對(duì)軸向墊片厚度和球面墊片厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其更加適合當(dāng)下的空間運(yùn)轉(zhuǎn)工況。通過和技術(shù)人員的研究，并與制造單位溝通，對(duì)油動(dòng)遮斷閥端蓋墊片加厚1mm±0.2mm，這樣，就能夠使端蓋與軸桿端面間隙加大；對(duì)重新出來的球面墊片也減少厚度，控制到1mm±0.3mm，通過這種處理，有效緩解了摩擦硬傷，避免出現(xiàn)機(jī)械軸向卡澀。

4.2 平衡管改良，減少閥門介質(zhì)壓差

再熱主汽閥平衡閥是DN32截止閥，如果稍微進(jìn)行一下改良，則會(huì)更加平衡，避免出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)中的堵塞隱患，解決了運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。通過和技術(shù)人員研究，重點(diǎn)把改良部分放于平衡閥改良上，加大的口徑為DN50，加粗平衡管，這樣做的目的是增加了空間，平衡管蒸汽導(dǎo)通速度更快，對(duì)設(shè)備啟動(dòng)過程中的壓力有了一定的緩沖，減少閥門開啟前后介質(zhì)壓差的不同，避免出現(xiàn)故障問題。

4.3 調(diào)整蒸汽壓強(qiáng)，減少閥門介質(zhì)壓差

再熱蒸汽壓強(qiáng)對(duì)設(shè)備啟動(dòng)的影響較大，為了減少這種影響，則需要對(duì)再熱主汽閥進(jìn)行改良，全面調(diào)整壓力，要對(duì)運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證開啟質(zhì)量。通過技術(shù)研究，操作過程中，如果再熱主汽閥不能正常啟動(dòng)，可以把再熱蒸汽降低到0.3MPa后再掛閘，如果參數(shù)沒有改良，則說明啟動(dòng)良好，這種方式有效減少了前后的介質(zhì)壓差。

4.4 改造閥門軸端，消除閥門徑向卡澀

為了減少故障率，也可以對(duì)再熱主汽閥油動(dòng)機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，加裝軸桿軸向移位部件，這樣做的根本目的就是對(duì)閥桿施加外在的軸向力，這樣，閥桿處于熱態(tài)下也能有效保持軸向運(yùn)動(dòng)，避免出現(xiàn)閥桿徑向卡澀的現(xiàn)象，為了達(dá)到安裝目的，需要加裝餅式千斤頂、行程開關(guān)、導(dǎo)向桿、圓形支撐板及相關(guān)千斤頂液壓油相關(guān)設(shè)備。裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 軸桿移位裝置結(jié)構(gòu)示意圖

5 故障排查原則與技巧

5.1 故障排查原則

故障診斷要求準(zhǔn)確，故障排查要求安全、快速。故障現(xiàn)象與原因并非簡單的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，這給故障診斷與排除帶來很多困難。一旦故障原因診斷為汽側(cè)結(jié)垢，就需要解體汽閥清理垢物、修復(fù)間隙至合格范圍，檢修過程工藝復(fù)雜、耗時(shí)長。因此，掌握上述故障排查原則并靈活運(yùn)用以下技巧，可以提高故障診斷率、大大縮短故障排除時(shí)間，這一點(diǎn)是消除汽閥卡澀工作的關(guān)鍵點(diǎn)。

5.2 故障排查技巧

當(dāng)條件允許時(shí)，拆去推力桿與連桿之間的銷子，將汽閥分為上下兩部分采用排除法進(jìn)行故障診斷。使用專用工具人工旋轉(zhuǎn)閥桿，若汽閥能輕松旋至關(guān)閉位，則可以排除汽側(cè)結(jié)垢原因，診斷重點(diǎn)應(yīng)轉(zhuǎn)移到執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分的液壓部件（如快速卸載閥、逆止閥等）檢查或更換過程大約只需1h，更換油動(dòng)機(jī)則需要3h～5h。為增加故障診斷經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握油動(dòng)機(jī)與其他液壓部件的故障區(qū)別，可事先準(zhǔn)備一塊20MPa的壓力表和一個(gè)合適的接頭，將壓力表和接頭接通于油動(dòng)機(jī)下腔室，回裝銷子，做一次機(jī)組掛閘、打閘試驗(yàn)，通過壓力表數(shù)值監(jiān)測(cè)油動(dòng)機(jī)下腔室油壓變化情況，若打閘后壓力表數(shù)值能迅速降低到1MPa左右而汽閥仍然卡澀，則可判定故障在油動(dòng)機(jī)；反之，故障在其他液壓部件。

6 結(jié)束語

600MW汽輪機(jī)組再熱主汽閥卡澀是造成設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，要全面進(jìn)行技術(shù)改良，才能保證設(shè)備良好運(yùn)轉(zhuǎn)，通過從動(dòng)靜間隙、管道壓差及液壓油路等方面查找成因，最后制定出了系統(tǒng)優(yōu)化的措施，排除了再熱主汽閥卡澀問題，以此，提升機(jī)組運(yùn)行整體效率。