汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥問題分析及處理

摘 要：高壓調(diào)節(jié)閥是調(diào)節(jié)汽輪機(jī)主蒸汽進(jìn)汽量的機(jī)構(gòu)，它能否正常工作，對(duì)汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)主要對(duì)某鋼鐵公司發(fā)電站汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)行程測(cè)量連桿卡澀、油動(dòng)機(jī)活塞抖動(dòng)以及高壓調(diào)節(jié)閥的輸入值與反饋值偏差大等問題進(jìn)行原因分析，并介紹了處理措施，處理后能確保汽輪機(jī)的正常安全運(yùn)行及發(fā)電量不受影響。

關(guān)鍵詞：高壓調(diào)節(jié)閥;油動(dòng)機(jī);卡澀

0? ? 引言

某鋼鐵公司發(fā)電站汽輪機(jī)是以高爐煉鐵時(shí)產(chǎn)生的高爐煤氣和煉鋼時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐煤氣作為燃料，利用一座320 t/h的高溫超高壓鍋爐給汽輪機(jī)提供高溫超高壓蒸汽進(jìn)行發(fā)電。高壓進(jìn)汽部分由主汽門與高壓調(diào)節(jié)閥組成，正常運(yùn)行時(shí)主汽門全開，高壓調(diào)節(jié)閥運(yùn)行方式也同步延展為單閥與順序閥兩種模式。鋼鐵企業(yè)煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)大的特殊性，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷變化較大，為了能夠確保在負(fù)荷突變時(shí)不至于引起過大的熱應(yīng)力和熱變形，目前該機(jī)組應(yīng)用單閥運(yùn)行模式。機(jī)組控制系統(tǒng)使用DEH控制系統(tǒng)，DEH控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示，運(yùn)行時(shí)由主控器提供設(shè)定值，合理轉(zhuǎn)化為單個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥的對(duì)應(yīng)開度指令，控制程序是利用位移傳感器LVDT1與LVDT2的平均值進(jìn)行調(diào)門閥位控制，調(diào)節(jié)主蒸汽的進(jìn)汽量，從而調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷。調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制邏輯簡(jiǎn)易圖如圖2所示。

1? ? 汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥問題背景研究

某鋼鐵公司發(fā)電站2#機(jī)組額定功率為93 MW，于2018年3月1日投產(chǎn)運(yùn)行。自2018年9月起，2#汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)DEH調(diào)速系統(tǒng)就開始有故障，運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)負(fù)荷會(huì)有2～3 MW的波動(dòng)，并且隨著時(shí)間的推移，負(fù)荷波動(dòng)也逐漸變大;2019年7月開始負(fù)荷波動(dòng)達(dá)到5～10 MW。高壓調(diào)節(jié)閥加減負(fù)荷有兩個(gè)檔位，分別為1%和0.2%調(diào)節(jié)度，如果用1%調(diào)節(jié)則負(fù)荷波動(dòng)10 MW以上，用0.2%調(diào)節(jié)則負(fù)荷仍然有5～8 MW波動(dòng)。

高壓調(diào)節(jié)閥中輸入值與反饋值偏差為3%～6%，且機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)不局限于某個(gè)負(fù)荷，有時(shí)50 MW加減波動(dòng)頻繁，有時(shí)60 MW波動(dòng)頻繁，因此在每個(gè)負(fù)荷上都可能波動(dòng);并且由于調(diào)門波動(dòng)造成開機(jī)時(shí)升速曲線很難保證，轉(zhuǎn)速波動(dòng)大，特別是在3 000 r/min額定轉(zhuǎn)速時(shí)大約有30 r/min的上下波動(dòng)，造成機(jī)組并網(wǎng)困難。

由于2#汽輪機(jī)的負(fù)荷波動(dòng)，為了保證機(jī)組不超負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行中需要給機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)余量，造成2#機(jī)組運(yùn)行時(shí)很難達(dá)到額定負(fù)荷93 MW，最高負(fù)荷只能維持在85 MW左右（此時(shí)負(fù)荷一直波動(dòng)在80～90 MW，有時(shí)會(huì)波動(dòng)到95 MW），同時(shí)也給配套的320 t/h高溫超高壓鍋爐的水位調(diào)節(jié)造成了很大影響。

另外，因?yàn)榭刂瞥绦蚴抢梦灰苽鞲衅鱈VDT1與LVDT2的平均值進(jìn)行調(diào)門閥位控制，當(dāng)調(diào)整其中任意一個(gè)位移傳感器的值時(shí)，其反饋值均會(huì)受到影響，所以為保證機(jī)組的安全正常運(yùn)行，需要在停機(jī)情況下對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥的反饋值進(jìn)行修正。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)油動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)行程測(cè)量連桿出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，在調(diào)節(jié)中油動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)行程測(cè)量連桿的行程受阻，造成油動(dòng)機(jī)位移連桿彎曲。

油動(dòng)機(jī)活塞經(jīng)常抖動(dòng)，在抖動(dòng)時(shí)負(fù)荷突然增大，最高曾突然增大20 MW。為了防止機(jī)組負(fù)荷突然增大，超過額定功率，2#機(jī)組運(yùn)行時(shí)必須給負(fù)荷留下波動(dòng)余量，故而不能帶滿負(fù)荷，否則將嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行以及機(jī)組的發(fā)電量。

2? ? 問題產(chǎn)生的原因分析

2.1? ? 油動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)行程測(cè)量連桿卡澀

油動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)行程測(cè)量連桿與固定板的間隙太小且均為不銹鋼材質(zhì)，沒有潤(rùn)滑效果，容易造成卡澀現(xiàn)象;同時(shí)油動(dòng)機(jī)中沒有安裝防塵裝置，固定板與行程測(cè)量連桿長(zhǎng)期處于含塵環(huán)境中，固定板與行程測(cè)量連桿之間會(huì)積累一定量的灰塵，這也是導(dǎo)致測(cè)量連桿卡澀的原因。而行程測(cè)量連桿卡澀會(huì)使測(cè)量連桿行程受阻，導(dǎo)致位移連桿彎曲。

2.2? ? 油動(dòng)機(jī)活塞抖動(dòng)

油動(dòng)機(jī)活塞與調(diào)節(jié)閥的連桿使用螺母連接，因?yàn)殇撹F企業(yè)的特殊性，煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)大，使機(jī)組負(fù)荷變化較大，高壓調(diào)節(jié)閥需頻繁動(dòng)作，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將造成油動(dòng)機(jī)活塞與調(diào)節(jié)閥連桿的連接螺母松動(dòng)，使閥芯開度與實(shí)際不符，并引起油動(dòng)機(jī)活塞抖動(dòng)，從而造成高壓調(diào)節(jié)閥的輸入值與反饋值偏差較大。

2.3? ? 高壓調(diào)節(jié)閥的輸入值與反饋值偏差大

根據(jù)上述分析可知，偏差大的原因主要為油動(dòng)機(jī)活塞與調(diào)節(jié)閥連桿的連接螺母松動(dòng)?？刂瞥绦蚴抢梦灰苽鞲衅鱈VDT1與LVDT2的平均值進(jìn)行調(diào)門閥位控制，當(dāng)調(diào)整其中任意一個(gè)位移傳感器的值時(shí)，其反饋值均會(huì)受到影響，因此為了保證機(jī)組的安全正常運(yùn)行，需要在停機(jī)情況下對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥的反饋值進(jìn)行修正。

3? ? 問題的處理

根據(jù)上述對(duì)油動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)行程測(cè)量連桿卡澀[1-3]的原因分析，從避免固定板與行程測(cè)量連桿的金屬與金屬接觸出發(fā)，考慮在固定板孔與行程測(cè)量連桿之間加一個(gè)具有一定潤(rùn)滑作用的石墨圓環(huán)。具體是將固定板孔擴(kuò)大后，加入一個(gè)具有潤(rùn)滑效果的厚度為20 mm剛性石墨圓環(huán)，為防止行程測(cè)量連桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)將其帶出，需要將其固定，同時(shí)為防止石墨環(huán)孔積灰后卡澀，將石墨圓環(huán)的內(nèi)徑適當(dāng)增加了0.5 mm，使現(xiàn)場(chǎng)行程測(cè)量連桿與石墨圓環(huán)之間存在一定的空隙，防止行程測(cè)量連桿在頻繁運(yùn)動(dòng)及長(zhǎng)時(shí)間積灰后卡澀。加石墨環(huán)后示意圖如圖3所示。

根據(jù)上述對(duì)油動(dòng)機(jī)活塞抖動(dòng)的原因分析，對(duì)油動(dòng)機(jī)活塞與調(diào)節(jié)閥連桿的連接螺母進(jìn)行了固定，以免高壓調(diào)節(jié)閥頻繁動(dòng)作、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成油動(dòng)機(jī)活塞與調(diào)節(jié)閥連桿的連接螺母松動(dòng)。伊皓等[3-4]針對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥閥桿的固定以及調(diào)門抖動(dòng)問題的處理，決定在連接螺母與調(diào)節(jié)閥連桿中增加一個(gè)定位螺桿，起定位以及固定的作用，即對(duì)油動(dòng)機(jī)活塞與調(diào)節(jié)閥連桿進(jìn)行定位固定，確保油動(dòng)機(jī)活塞與調(diào)節(jié)閥連桿的連接螺母不會(huì)因?yàn)轭l繁動(dòng)作而松動(dòng)，從而避免油動(dòng)機(jī)活塞抖動(dòng)。

根據(jù)上述對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥的輸入值與反饋值偏差大的原因分析，為確保在運(yùn)行時(shí)能夠?qū)ξ灰苽鞲衅鬟M(jìn)行修正或者更換，主要對(duì)控制程序做了些許優(yōu)化?？刂瞥绦蚋臑閮?yōu)先選擇位移傳感器LVDT1進(jìn)行閥位控制，當(dāng)位移傳感器LVDT1的偏差達(dá)到3%時(shí)，位移傳感器LVDT1報(bào)故障，同時(shí)自動(dòng)切換至位移傳感器LVDT2控制。這樣，在單一位移傳感器LVDT故障時(shí)，可以在線對(duì)位移傳感器LVDT進(jìn)行修正或者更換，從而有效避免單一位移傳感器LVDT故障導(dǎo)致閥門抖動(dòng)甚至停機(jī)處理，確保機(jī)組的發(fā)電量不受影響。

4? ? 結(jié)語

綜上，本文針對(duì)油動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)行程測(cè)量連桿卡澀、油動(dòng)機(jī)活塞抖動(dòng)以及高壓調(diào)節(jié)閥的輸入值與反饋值偏差大等問題，介紹了原因分析過程與處理措施。

（1）為避免固定板與行程測(cè)量連桿的金屬與金屬接觸，將固定板孔擴(kuò)大后，加入一個(gè)具有潤(rùn)滑效果的厚度為20 mm的剛性石墨圓環(huán)。

（2）在連接螺母與調(diào)節(jié)閥連桿中增加了一個(gè)定位螺桿，對(duì)油動(dòng)機(jī)活塞與調(diào)節(jié)閥連桿進(jìn)行定位固定，防止其因?yàn)榻?jīng)常調(diào)節(jié)而松動(dòng)。

（3）對(duì)控制程序做了些許優(yōu)化，改為優(yōu)先選擇位移傳感器LVDT1進(jìn)行閥位控制，當(dāng)位移傳感器LVDT1的偏差達(dá)到3%時(shí)，位移傳感器LVDT1報(bào)故障，同時(shí)自動(dòng)切換至位移傳感器LVDT2控制。

對(duì)上述問題進(jìn)行處理后，汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥問題得到了有效解決，汽輪機(jī)負(fù)荷波動(dòng)減小，保證了汽輪機(jī)的安全運(yùn)行以及發(fā)電量不受影響。

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收稿日期：2021-08-12

作者簡(jiǎn)介：柳元甦（1974—），男，江西萍鄉(xiāng)人，助理工程師，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化。