張麗琴
(福建福海創(chuàng)石油化工有限公司,福建漳州 363216)
騰龍芳烴(漳州)有限公司熱電廠4×670 t/h+3×150 MW機(jī)組,主機(jī)分散控制系統(tǒng)(DCS)采用了南京科遠(yuǎn)智慧科技集團(tuán)股份有限公司所提供的NT6000 V3系統(tǒng),汽輪機(jī)為南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司制造的超高壓沖動(dòng)式、單軸雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī),型號(hào)為C150-12.5/4.3。汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù):12.5 MPa、534 ℃;一段抽汽負(fù)荷為4.3 MPa/382 ℃/282 t/h。采用熱電聯(lián)供方式,提高了能源利用率及機(jī)組經(jīng)濟(jì)性[1]。
DEH控制系統(tǒng)主要由兩臺(tái)高壓主汽閥、四臺(tái)高壓調(diào)節(jié)閥控制高壓進(jìn)汽,一臺(tái)低壓抽汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)行低壓抽汽供熱。DEH控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)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(yàn)等都需要高壓調(diào)節(jié)閥的直接參與,并起著決定性作用。高壓調(diào)節(jié)閥是DEH控制和ETS保護(hù)系統(tǒng)的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu),對(duì)機(jī)組安全有重大影響,當(dāng)汽輪機(jī)超過安全限值時(shí),可通過該系統(tǒng)關(guān)閉汽輪機(jī)的全部進(jìn)汽閥門,實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。
2020年10月11日,檢修人員在DCS電子間處理設(shè)備缺陷時(shí),發(fā)現(xiàn)2號(hào)汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)一定范圍內(nèi)的波動(dòng)。經(jīng)調(diào)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(duì)面控制柜(距離約1 m)進(jìn)行新增電動(dòng)閥控制信號(hào)線核對(duì)工作,其間間斷使用對(duì)講機(jī)。初步判斷為:DCS電子間內(nèi)使用對(duì)講機(jī),由于信號(hào)干擾,4臺(tái)高壓調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)不同程度的波動(dòng)。為再次驗(yàn)證上述推測(cè),運(yùn)行人員與檢修人員在做好充分準(zhǔn)備的情況下,使用對(duì)講機(jī)直接進(jìn)行干擾,結(jié)果4臺(tái)高壓調(diào)節(jié)閥均出現(xiàn)類似波動(dòng)情況。
2020-12-05T17:19,1號(hào)汽輪機(jī)負(fù)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(yùn)行。發(fā)現(xiàn)1號(hào)汽輪機(jī)主汽壓力突然增至9.5 MPa,負(fù)荷降至64.5 MW,報(bào)告值長(zhǎng)并聯(lián)系鍋爐注意主汽壓力變化。調(diào)閱DCS系統(tǒng)歷史記錄發(fā)現(xiàn),2號(hào)高壓調(diào)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(hào)高壓調(diào)節(jié)閥閥桿脫落造成波動(dòng)情況。
1號(hào)汽輪機(jī)于2013年3月投運(yùn),間歇性出現(xiàn)4臺(tái)高壓調(diào)節(jié)閥閥桿不同程度軸向轉(zhuǎn)動(dòng)情況,閥桿軸向轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)高壓調(diào)節(jié)閥與2號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥閥桿軸向轉(zhuǎn)動(dòng)比較明顯,3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥次之,4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥基本無此現(xiàn)象(也可能與單順閥及閥門開度大小有密切關(guān)系)。高壓調(diào)節(jié)閥軸向轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象長(zhǎng)期存在,極易導(dǎo)致高壓調(diào)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(zhuǎn)動(dòng)。
3號(hào)汽輪機(jī)2018年10月開始進(jìn)入整套啟動(dòng)調(diào)試,各高壓調(diào)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(jī)組沖轉(zhuǎn)過程中,出現(xiàn)部分高壓調(diào)節(jié)閥無法打開或在中速暖機(jī)過程中個(gè)別高壓調(diào)節(jié)閥突然關(guān)閉情況。沖轉(zhuǎn)前參數(shù)為主汽壓力2.5 MPa,主汽溫度533 ℃;中速暖機(jī)時(shí)參數(shù)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(jī)組,汽輪機(jī)通過啟動(dòng)管道進(jìn)行沖轉(zhuǎn)(無啟動(dòng)鍋爐,也無法滑參數(shù)啟動(dòng)),啟動(dòng)管道母管與主蒸汽母管相連,通過截流方式控制汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)的壓力。
(1)在確認(rèn)DCS電子間內(nèi)使用對(duì)講機(jī)會(huì)導(dǎo)致4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)不同程度波動(dòng)后,檢修人員為徹底解決高壓調(diào)節(jié)閥信號(hào)干擾問題,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及原有橋架布置,對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥電纜橋架進(jìn)行了重新布線。
(2)在2021年1月份全停檢修期間,開展DCS系統(tǒng)性能測(cè)試工作,對(duì)熱電廠區(qū)域內(nèi)機(jī)柜屏蔽與接地情況進(jìn)行檢查。接地電阻的測(cè)量方法采用電壓電流法(三極法),經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn),總接地匯流箱至地網(wǎng)的端子部分緊固力不足,DEH1/DEH2/ETS機(jī)柜存在多點(diǎn)接地情況,對(duì)其進(jìn)行接地電纜更換處理后測(cè)試正常。
停機(jī)檢修時(shí)檢查發(fā)現(xiàn),事故發(fā)生的直接原因?yàn)?號(hào)機(jī)2號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥的鎖緊螺母因閥門抖動(dòng)松脫,引起閥桿脫落,2號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥突然關(guān)閉,導(dǎo)致汽壓波動(dòng)、負(fù)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(jìn)行點(diǎn)焊加固。
停機(jī)檢修時(shí)復(fù)查高壓調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)各參數(shù),如圖1所示。
圖1 高壓調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖[2]
發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生的直接原因?yàn)樵陂y門裝配過程中閥桿中段扇形齒間隙過大,如圖2所示。實(shí)測(cè)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(dǎo)致閥桿在氣流的作用下出現(xiàn)軸向轉(zhuǎn)動(dòng),引起高壓調(diào)節(jié)閥操縱座后螺栓型滾輪滾針軸承斷裂,進(jìn)而導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)閥波動(dòng)、LVDT桿磨損嚴(yán)重、LVDT連接桿上兩個(gè)關(guān)節(jié)軸承磨損快等一系列問題。
圖2 扇形齒結(jié)構(gòu)圖[2]
2.4.1 沖轉(zhuǎn)時(shí)高壓調(diào)節(jié)閥打不開的原因分析及處理
經(jīng)分析,高壓調(diào)節(jié)閥在冷態(tài)工況下動(dòng)作正常,說明DEH控制系統(tǒng)及控制回路沒有問題,冷態(tài)與熱態(tài)(沖轉(zhuǎn)或運(yùn)行)工況的差別在于有無蒸汽進(jìn)入高壓調(diào)節(jié)閥,并在閥前與閥后形成一定壓差,若高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)的力量不足以克服這種壓差形成的阻力,則高壓調(diào)節(jié)閥無法打開。顯然高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)的力量設(shè)計(jì)肯定能與之匹配,壓差的形成還與高壓調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)預(yù)啟閥通流孔直徑有關(guān)。高壓調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)預(yù)啟閥未打開或已經(jīng)打開但預(yù)啟閥通流孔孔徑偏小均有可能造成閥前后壓差大。經(jīng)檢查,高壓調(diào)節(jié)閥油缸直徑125 mm,活塞桿直徑55 mm,油動(dòng)機(jī)碰缸距離為10 mm,油動(dòng)機(jī)最大工作行程為40+10=50 mm,調(diào)節(jié)閥行程為(40±2)mm(其中4 mm為預(yù)啟閥行程距離,即前10%開度),調(diào)節(jié)閥內(nèi)預(yù)啟閥通流孔直徑為8 mm,如圖3所示。
圖3 調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)預(yù)啟閥通流孔
檢修期間,對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥閥體進(jìn)行解體檢查,復(fù)核以上各安裝數(shù)據(jù),并未發(fā)現(xiàn)與圖紙不符之處。經(jīng)多方排查,認(rèn)為高壓調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)預(yù)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(nèi)壓差的問題。聯(lián)系南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司技術(shù)人員重新核算此設(shè)計(jì)參數(shù)并進(jìn)行最終確認(rèn),認(rèn)為可將預(yù)啟閥通流孔直徑擴(kuò)大為12~16 mm,經(jīng)充分討論,最終確認(rèn)將調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)預(yù)啟閥通流孔直徑由8 mm擴(kuò)大到14 mm,擴(kuò)孔完成后,高壓調(diào)節(jié)閥可順利開啟。
2.4.2 沖轉(zhuǎn)過程中高壓調(diào)節(jié)閥突然關(guān)閉的原因分析及處理
經(jīng)分析,為沖轉(zhuǎn)時(shí)壓力過高(7.0~9.0 MPa),高壓調(diào)節(jié)閥開度低(2%~5%,高壓調(diào)節(jié)閥預(yù)啟開度為10%)導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)閥前后壓差增大,高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)的力量不足以克服這種壓差形成的阻力,導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)閥在沖轉(zhuǎn)過程中突然關(guān)閉。因我廠為母管制供熱機(jī)組,汽輪機(jī)通過啟動(dòng)管道進(jìn)行沖轉(zhuǎn)(無啟動(dòng)鍋爐,也未設(shè)計(jì)機(jī)組滑參數(shù)啟動(dòng)),啟動(dòng)管道母管直接與主蒸汽母管相連(中間未設(shè)計(jì)節(jié)流及減溫減壓裝置),只能通過智能開關(guān)型電動(dòng)閥門截流的方式控制汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)的壓力參數(shù)。經(jīng)專業(yè)討論,通過智能開關(guān)型電動(dòng)閥截流控制主汽壓力(將原沖轉(zhuǎn)時(shí)壓力由7.0~9.0 MPa降低為2.5~5.0 MPa,并在充分暖機(jī)的情況下逐步提高蒸汽參數(shù)),采用以上方法降低主汽壓力啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)后,我廠再未出現(xiàn)類似情況。
調(diào)整后汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)相關(guān)參數(shù):
(1)950 r/min時(shí),壓力2.0~4.0 MPa,溫度350~450 ℃,調(diào)節(jié)閥開度3%~15%;
(2)2 400 r/min時(shí),壓力5.0~8.0 MPa,溫度480~505 ℃,調(diào)節(jié)閥開度7%~15%;
(3)3 000 r/min時(shí),壓力10.0~12.0 MPa,溫度500~535 ℃,調(diào)節(jié)閥開度2%~15%。
綜上所述,騰龍芳烴(漳州)有限公司熱電廠通過對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥信號(hào)電纜及橋架進(jìn)行重新布置和對(duì)DEH柜與ETS柜屏蔽與接地問題的整改,解決了2號(hào)汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥信號(hào)干擾問題;通過對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥安裝閥桿定位銷并增加角鋼進(jìn)行點(diǎn)焊加固,解決了1號(hào)汽輪機(jī)2號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥閥桿脫落問題;通過調(diào)整高壓調(diào)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(xiàn)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的問題;通過擴(kuò)大高壓調(diào)節(jié)閥預(yù)啟閥通流孔孔徑和調(diào)整汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)參數(shù),解決了高壓調(diào)節(jié)閥在熱態(tài)工況無法打開或在沖轉(zhuǎn)過程中突然關(guān)閉的問題。