某熱電廠汽輪機高壓調節(jié)閥波動淺析

張麗琴

（福建福海創(chuàng)石油化工有限公司，福建漳州 363216）

0 引言

騰龍芳烴（漳州）有限公司熱電廠4×670 t/h+3×150 MW機組，主機分散控制系統（DCS）采用了南京科遠智慧科技集團股份有限公司所提供的NT6000 V3系統，汽輪機為南京汽輪電機（集團）有限責任公司制造的超高壓沖動式、單軸雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機，型號為C150-12.5/4.3。汽輪機進汽參數：12.5 MPa、534 ℃；一段抽汽負荷為4.3 MPa/382 ℃/282 t/h。采用熱電聯供方式，提高了能源利用率及機組經濟性[1]。

DEH控制系統主要由兩臺高壓主汽閥、四臺高壓調節(jié)閥控制高壓進汽，一臺低壓抽汽調節(jié)閥進行低壓抽汽供熱。DEH控制系統中轉速控制、功率控制、主汽壓力控制、超速控制、抽汽控制、在線試驗等都需要高壓調節(jié)閥的直接參與，并起著決定性作用。高壓調節(jié)閥是DEH控制和ETS保護系統的核心執(zhí)行機構，對機組安全有重大影響，當汽輪機超過安全限值時，可通過該系統關閉汽輪機的全部進汽閥門，實現緊急停機。

1 高壓調節(jié)閥波動情況

1.1 2號汽輪機高壓調節(jié)閥因信號干擾抖動情況

2020年10月11日，檢修人員在DCS電子間處理設備缺陷時，發(fā)現2號汽輪機高壓調節(jié)閥出現一定范圍內的波動。經調取監(jiān)控查看，DEH柜與ETS柜并無人員作業(yè)，檢修人員在DEH柜對面控制柜（距離約1 m）進行新增電動閥控制信號線核對工作，其間間斷使用對講機。初步判斷為：DCS電子間內使用對講機，由于信號干擾，4臺高壓調節(jié)閥出現不同程度的波動。為再次驗證上述推測，運行人員與檢修人員在做好充分準備的情況下，使用對講機直接進行干擾，結果4臺高壓調節(jié)閥均出現類似波動情況。

1.2 1號汽輪機2號高壓調節(jié)閥因閥桿脫落波動情況

2020-12-05T17：19，1號汽輪機負荷100.5 MW、主汽壓力8.2 MPa、主汽溫度533 ℃、真空-93.5 kPa，高低加正常投入，順閥運行。發(fā)現1號汽輪機主汽壓力突然增至9.5 MPa，負荷降至64.5 MW，報告值長并聯系鍋爐注意主汽壓力變化。調閱DCS系統歷史記錄發(fā)現，2號高壓調節(jié)閥指令和反饋均為100%，但是閥后壓力由7.3 MPa突降至4.4 MPa（最低2.75 MPa），初步判斷為2號高壓調節(jié)閥閥桿脫落造成波動情況。

1.3 1號汽輪機高壓調節(jié)閥閥桿出現軸向轉動情況

1號汽輪機于2013年3月投運，間歇性出現4臺高壓調節(jié)閥閥桿不同程度軸向轉動情況，閥桿軸向轉動情況隨著閥位指令、單順閥等不斷變化，難以掌握其具體規(guī)律。1號高壓調節(jié)閥與2號高壓調節(jié)閥閥桿軸向轉動比較明顯，3號高壓調節(jié)閥次之，4號高壓調節(jié)閥基本無此現象（也可能與單順閥及閥門開度大小有密切關系）。高壓調節(jié)閥軸向轉動現象長期存在，極易導致高壓調節(jié)閥操縱座后螺栓型滾輪滾針軸承斷裂，從而加劇軸向轉動。

1.4 3號汽輪機高壓調節(jié)閥在熱態(tài)工況無法打開及突然關閉情況

3號汽輪機2018年10月開始進入整套啟動調試，各高壓調節(jié)閥在冷態(tài)情況下拉閥均正常，閥門線性及重合度好。在機組沖轉過程中，出現部分高壓調節(jié)閥無法打開或在中速暖機過程中個別高壓調節(jié)閥突然關閉情況。沖轉前參數為主汽壓力2.5 MPa，主汽溫度533 ℃；中速暖機時參數為主汽壓力7.0～9.0 MPa，主汽溫度533 ℃。因我廠為母管制供熱機組，汽輪機通過啟動管道進行沖轉（無啟動鍋爐，也無法滑參數啟動），啟動管道母管與主蒸汽母管相連，通過截流方式控制汽輪機沖轉時的壓力。

2 高壓調節(jié)閥波動分析及處理情況

2.1 2號汽輪機高壓調節(jié)閥信號干擾處理情況

（1）在確認DCS電子間內使用對講機會導致4個高壓調節(jié)閥出現不同程度波動后，檢修人員為徹底解決高壓調節(jié)閥信號干擾問題，根據現場設備及原有橋架布置，對高壓調節(jié)閥電纜橋架進行了重新布線。

（2）在2021年1月份全停檢修期間，開展DCS系統性能測試工作，對熱電廠區(qū)域內機柜屏蔽與接地情況進行檢查。接地電阻的測量方法采用電壓電流法（三極法），經測試發(fā)現，總接地匯流箱至地網的端子部分緊固力不足，DEH1/DEH2/ETS機柜存在多點接地情況，對其進行接地電纜更換處理后測試正常。

2.2 1號汽輪機2號高壓調節(jié)閥閥桿脫落處理情況

停機檢修時檢查發(fā)現，事故發(fā)生的直接原因為1號機2號高壓調節(jié)閥的鎖緊螺母因閥門抖動松脫，引起閥桿脫落，2號高壓調節(jié)閥突然關閉，導致汽壓波動、負荷突降。處理措施為重新組裝閥桿，安裝閥桿定位銷并增加角鋼進行點焊加固。

2.3 1號汽輪機高壓調節(jié)閥閥桿軸向轉動處理情況

停機檢修時復查高壓調節(jié)閥內部結構各參數，如圖1所示。

圖1 高壓調節(jié)閥內部結構圖[2]

發(fā)現事故發(fā)生的直接原因為在閥門裝配過程中閥桿中段扇形齒間隙過大，如圖2所示。實測為1.2 mm，與要求的沿軸向間隙不小于0.5 mm比較，安裝間隙過大，導致閥桿在氣流的作用下出現軸向轉動，引起高壓調節(jié)閥操縱座后螺栓型滾輪滾針軸承斷裂，進而導致高壓調節(jié)閥波動、LVDT桿磨損嚴重、LVDT連接桿上兩個關節(jié)軸承磨損快等一系列問題。

圖2 扇形齒結構圖[2]

2.4 3號汽輪機高壓調節(jié)閥沖轉時無法打開及突然關閉處理情況

2.4.1 沖轉時高壓調節(jié)閥打不開的原因分析及處理

經分析，高壓調節(jié)閥在冷態(tài)工況下動作正常，說明DEH控制系統及控制回路沒有問題，冷態(tài)與熱態(tài)（沖轉或運行）工況的差別在于有無蒸汽進入高壓調節(jié)閥，并在閥前與閥后形成一定壓差，若高壓調節(jié)閥油動機的力量不足以克服這種壓差形成的阻力，則高壓調節(jié)閥無法打開。顯然高壓調節(jié)閥油動機的力量設計肯定能與之匹配，壓差的形成還與高壓調節(jié)閥閥內預啟閥通流孔直徑有關。高壓調節(jié)閥閥內預啟閥未打開或已經打開但預啟閥通流孔孔徑偏小均有可能造成閥前后壓差大。經檢查，高壓調節(jié)閥油缸直徑125 mm，活塞桿直徑55 mm，油動機碰缸距離為10 mm，油動機最大工作行程為40+10=50 mm，調節(jié)閥行程為（40±2）mm（其中4 mm為預啟閥行程距離，即前10%開度），調節(jié)閥內預啟閥通流孔直徑為8 mm，如圖3所示。

圖3 調節(jié)閥閥內預啟閥通流孔

檢修期間，對高壓調節(jié)閥閥體進行解體檢查，復核以上各安裝數據，并未發(fā)現與圖紙不符之處。經多方排查，認為高壓調節(jié)閥閥內預啟閥通流孔直徑為8 mm，可能存在直徑偏小、難以平衡閥后與閥腔體內壓差的問題。聯系南京汽輪電機（集團）有限責任公司技術人員重新核算此設計參數并進行最終確認，認為可將預啟閥通流孔直徑擴大為12～16 mm，經充分討論，最終確認將調節(jié)閥閥內預啟閥通流孔直徑由8 mm擴大到14 mm，擴孔完成后，高壓調節(jié)閥可順利開啟。

2.4.2 沖轉過程中高壓調節(jié)閥突然關閉的原因分析及處理

經分析，為沖轉時壓力過高（7.0～9.0 MPa），高壓調節(jié)閥開度低（2%～5%，高壓調節(jié)閥預啟開度為10%）導致高壓調節(jié)閥前后壓差增大，高壓調節(jié)閥油動機的力量不足以克服這種壓差形成的阻力，導致高壓調節(jié)閥在沖轉過程中突然關閉。因我廠為母管制供熱機組，汽輪機通過啟動管道進行沖轉（無啟動鍋爐，也未設計機組滑參數啟動），啟動管道母管直接與主蒸汽母管相連（中間未設計節(jié)流及減溫減壓裝置），只能通過智能開關型電動閥門截流的方式控制汽輪機沖轉時的壓力參數。經專業(yè)討論，通過智能開關型電動閥截流控制主汽壓力（將原沖轉時壓力由7.0～9.0 MPa降低為2.5～5.0 MPa，并在充分暖機的情況下逐步提高蒸汽參數），采用以上方法降低主汽壓力啟動沖轉后，我廠再未出現類似情況。

調整后汽輪機沖轉時相關參數：

（1）950 r/min時，壓力2.0～4.0 MPa，溫度350～450 ℃，調節(jié)閥開度3%～15%；

（2）2 400 r/min時，壓力5.0～8.0 MPa，溫度480～505 ℃，調節(jié)閥開度7%～15%；

（3）3 000 r/min時，壓力10.0～12.0 MPa，溫度500～535 ℃，調節(jié)閥開度2%～15%。

3 結語

綜上所述，騰龍芳烴（漳州）有限公司熱電廠通過對高壓調節(jié)閥信號電纜及橋架進行重新布置和對DEH柜與ETS柜屏蔽與接地問題的整改，解決了2號汽輪機高壓調節(jié)閥信號干擾問題；通過對高壓調節(jié)閥安裝閥桿定位銷并增加角鋼進行點焊加固，解決了1號汽輪機2號高壓調節(jié)閥閥桿脫落問題；通過調整高壓調節(jié)閥閥桿中段過大的扇形齒間隙，解決了閥桿在氣流作用下出現軸向轉動的問題；通過擴大高壓調節(jié)閥預啟閥通流孔孔徑和調整汽輪機沖轉時參數，解決了高壓調節(jié)閥在熱態(tài)工況無法打開或在沖轉過程中突然關閉的問題。