600 MW火電機(jī)組汽輪機(jī)中壓調(diào)節(jié)閥故障及優(yōu)化處理

摘要：中壓調(diào)節(jié)閥是600 MW火電機(jī)組汽輪機(jī)生產(chǎn)與運(yùn)行的重要組成部分，中壓調(diào)節(jié)閥部分一旦出現(xiàn)故障，則有可能導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)隱患，甚至導(dǎo)致600 MW火電機(jī)組無(wú)法投入生產(chǎn)，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量、人力、物力乃至財(cái)力都有一定消極影響?，F(xiàn)以某火電項(xiàng)目中600 MW火電機(jī)組汽輪機(jī)中壓調(diào)節(jié)閥在日常生產(chǎn)中出現(xiàn)的故障為基礎(chǔ)，對(duì)故障的類(lèi)型、誘發(fā)原因以及檢查過(guò)程、處理措施等進(jìn)行整理與分析，期望能為相關(guān)工程提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：600 MW火電機(jī)組；中壓調(diào)節(jié)閥；機(jī)組故障

中圖分類(lèi)號(hào)：TK229.4" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2023）08-0067-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.08.017

0" " 引言

中壓調(diào)節(jié)閥是電站中汽輪組的關(guān)鍵構(gòu)成部件之一，在火電機(jī)組汽輪機(jī)中壓缸的啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，中壓調(diào)節(jié)閥能夠控制汽輪機(jī)組整體的轉(zhuǎn)速以及初始負(fù)荷數(shù)值，中壓調(diào)節(jié)閥一旦出現(xiàn)卡澀故障，便有可能導(dǎo)致電廠整臺(tái)機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)[1-3]。而在具體的檢修過(guò)程中，有關(guān)中壓調(diào)節(jié)閥的處理時(shí)間較長(zhǎng)，不僅會(huì)影響機(jī)組整體的運(yùn)行質(zhì)量，同時(shí)可能延誤工程工期。因此，及時(shí)且精準(zhǔn)的故障檢測(cè)與優(yōu)化處理是火電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行、安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，同樣也是獲得廣大用戶(hù)信任的關(guān)鍵。

1" " 案例工程簡(jiǎn)述及故障分析

1.1" " 案例工程簡(jiǎn)述

本文研究以某火力發(fā)電站工程新建600 MW火電機(jī)組為例，該機(jī)組采用亞臨界、一次中間再熱、三缸、四排汽凝汽式汽輪機(jī)。為適應(yīng)工程需求，兩臺(tái)600 MW火電機(jī)組汽輪機(jī)中壓缸兩側(cè)分別置有一臺(tái)中壓調(diào)節(jié)閥。其中，1#機(jī)組前期安裝以及調(diào)整、并網(wǎng)流程并無(wú)故障，在啟動(dòng)并逐漸提升負(fù)荷的過(guò)程中，汽輪機(jī)中壓缸兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥在熱態(tài)下出現(xiàn)了運(yùn)行滯澀、卡頓的問(wèn)題，導(dǎo)致機(jī)組整體無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行，被迫停機(jī)。經(jīng)過(guò)適當(dāng)檢查與處理后，該工程的中壓調(diào)節(jié)閥卡頓問(wèn)題得到了有效解決。基于此，本次研究以600 MW火電機(jī)組汽輪機(jī)中壓調(diào)節(jié)閥啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的滯澀、卡頓問(wèn)題為主，對(duì)故障產(chǎn)生的誘因、部位以及具體的檢查處理工作進(jìn)行分析與總結(jié)。

1.2" " 中壓調(diào)節(jié)閥介紹

600 MW火電機(jī)組汽輪機(jī)的中壓調(diào)節(jié)閥通常由閥桿、閥芯、套筒、蝶閥、閥座、閥殼與執(zhí)行機(jī)組共同構(gòu)成。其中，中壓調(diào)節(jié)閥閥芯設(shè)置有預(yù)啟閥裝置，能夠在閥門(mén)開(kāi)啟情況下降低機(jī)組所需要的提升力，相對(duì)獨(dú)立又緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠保障中壓調(diào)節(jié)閥在開(kāi)啟或停機(jī)狀態(tài)下不受其自身狀態(tài)的影響，實(shí)現(xiàn)更快速、穩(wěn)定的啟停機(jī)需求。中壓調(diào)節(jié)閥中的蝶閥亦可稱(chēng)為翻板閥，它是作用于火電機(jī)組管道中一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高效性調(diào)節(jié)閥，可圍繞閥軸旋轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到開(kāi)啟與關(guān)閉的目的，能夠?qū)痣姍C(jī)組管道內(nèi)的各種流動(dòng)介質(zhì)起到斷流、限流等作用。

1.3" " 故障分析

#1機(jī)組首次并網(wǎng)啟動(dòng)，初始負(fù)荷逐漸升到40 MW左右時(shí)，汽輪機(jī)中壓缸兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥均出現(xiàn)故障，進(jìn)而無(wú)法完全開(kāi)啟。其中汽輪機(jī)左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟至45%時(shí)出現(xiàn)卡頓情況，右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟至79%時(shí)出現(xiàn)卡頓情況，且機(jī)組開(kāi)閘后，左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥皆能夠完全關(guān)閉。

為明確導(dǎo)致卡頓情況的原因，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員關(guān)閉中壓調(diào)節(jié)閥等待其自然冷卻，待到中壓氣缸溫度下降至130 ℃時(shí)，重復(fù)對(duì)左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行10次啟停測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥僅在第三次測(cè)試中出現(xiàn)過(guò)一次較為短暫的卡頓情況，即在開(kāi)啟25%左右時(shí)出現(xiàn)卡頓，其余9次啟停試驗(yàn)皆未出現(xiàn)卡頓問(wèn)題；而后對(duì)右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行同樣的啟停測(cè)試，結(jié)果表明，右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥在10次測(cè)試中并未出現(xiàn)卡頓情況。除此之外，左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥在機(jī)組首次整套啟動(dòng)前的冷態(tài)調(diào)試過(guò)程中也從未出現(xiàn)卡頓、滯澀、驟停問(wèn)題。

而后停機(jī)進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，解除與閥桿相銜接的中壓調(diào)節(jié)油動(dòng)機(jī)操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行獨(dú)立的測(cè)試工作，結(jié)果表明，兩組油動(dòng)機(jī)的活動(dòng)并無(wú)異常；單獨(dú)對(duì)右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥門(mén)進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)其閥桿上方存在細(xì)微刮痕，除此外并無(wú)其他顯著缺陷以及異物、雜質(zhì)等；重新安裝，并在冷卻狀態(tài)下多次開(kāi)啟閥門(mén)，未能發(fā)現(xiàn)卡頓與異?，F(xiàn)象。

確認(rèn)無(wú)顯著問(wèn)題后開(kāi)啟第二次并網(wǎng)，準(zhǔn)備對(duì)汽輪機(jī)組進(jìn)行超速試驗(yàn)檢測(cè)，設(shè)置開(kāi)度指令為103%，過(guò)程中發(fā)現(xiàn)兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥在汽輪機(jī)切缸時(shí)出現(xiàn)卡頓情況，左右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥卡頓分別在85%以及99%開(kāi)度。通過(guò)輸入DEH指令，操縱左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)展小頻率活動(dòng)，在重復(fù)操作約10次后左中壓調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度達(dá)到了99%，與右側(cè)一同達(dá)到全開(kāi)狀態(tài)。

機(jī)組帶負(fù)荷150 MW并穩(wěn)定運(yùn)行暖機(jī)4 h后，調(diào)整負(fù)荷至50 MW，然后重新開(kāi)閘，為汽輪機(jī)組的超速試驗(yàn)做準(zhǔn)備。過(guò)程中發(fā)現(xiàn)左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥卡在12%開(kāi)度，右側(cè)則卡在18%，且兩側(cè)均無(wú)法全關(guān)。通過(guò)DEH輸入相關(guān)指令操縱閥門(mén)進(jìn)行小頻率活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)左側(cè)只能在12%～35%的開(kāi)度活動(dòng)，右側(cè)的開(kāi)度活動(dòng)范圍則在28%～50%。隨后立即在熱態(tài)下脫開(kāi)油動(dòng)操作機(jī)構(gòu)與閥門(mén)連桿，完成這一工序后，左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥順利歸位，而右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥則始終卡頓，在14%左右的位置無(wú)法歸零，同時(shí)也無(wú)法全關(guān)。

冷卻機(jī)組并靜置14 h后，再次對(duì)左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥門(mén)進(jìn)行檢查，可見(jiàn)其均已回歸零位、完全關(guān)閉。

2" " 現(xiàn)場(chǎng)故障檢測(cè)與處理措施

2.1" " 閥門(mén)解體檢查

將左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行解體后，進(jìn)行如下檢測(cè)工作：

（1）對(duì)中壓調(diào)節(jié)閥各構(gòu)件進(jìn)行基礎(chǔ)外觀檢查，過(guò)程中發(fā)現(xiàn)閥桿上方存在刮痕，同時(shí)伴有一處類(lèi)似于磨損的爬行痕跡，應(yīng)用著色檢查技術(shù)對(duì)其進(jìn)行深度檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)兩處外觀瑕疵都不會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行機(jī)制、運(yùn)行質(zhì)量造成影響，且除此之外并無(wú)能夠?qū)е聶C(jī)組卡頓的痕跡。機(jī)組整體清潔度良好，未發(fā)現(xiàn)顯著大體積粉塵、顆粒等雜質(zhì)，閥門(mén)內(nèi)部也未發(fā)現(xiàn)顯著異物。

（2）對(duì)中壓調(diào)節(jié)閥閥桿與閥蓋襯套的間隙進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥門(mén)襯套內(nèi)徑進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量，其中左側(cè)閥門(mén)上襯套上端直徑為100 mm，下端直徑為99.92 mm，上下兩端存有0.08 mm的錐度；左側(cè)閥門(mén)下襯套也同樣存在相似的錐度問(wèn)題，左側(cè)閥門(mén)閥桿直徑為99.64 mm，閥桿與左側(cè)上端襯套的間隙約為0.28 mm，實(shí)際測(cè)量結(jié)果與設(shè)計(jì)數(shù)值之間存在0.08 mm的誤差。對(duì)右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行測(cè)量后，發(fā)現(xiàn)了同樣的錐度問(wèn)題以及測(cè)量數(shù)值小于設(shè)計(jì)數(shù)值的問(wèn)題。

為解決這一問(wèn)題，由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員利用旋轉(zhuǎn)修磨對(duì)左右兩側(cè)襯套內(nèi)部進(jìn)行打磨，以適當(dāng)增加襯套內(nèi)徑，從而增大閥桿與襯套的間隙，減小襯套上下端錐度。打磨以“少量多次”為原則，過(guò)程中反復(fù)對(duì)比實(shí)際數(shù)值與設(shè)計(jì)數(shù)值。為獲取更精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果，優(yōu)化襯套的修整效果，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員臨時(shí)制備了一根直徑為99.98 mm、長(zhǎng)度在500 mm左右的測(cè)試棒，實(shí)時(shí)檢測(cè)打磨效果。打磨工序完成后，左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥門(mén)上下襯套內(nèi)徑為106 mm以及100.07 mm，閥桿與襯套間隙為0.42 mm，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行相同的操作，處理后右側(cè)閥門(mén)上下襯套內(nèi)徑分別為100.07 mm以及100.08 mm，最小間隙同樣為0.42 mm。

（3）檢查閥桿是否存在質(zhì)量問(wèn)題。以肉眼檢查及實(shí)際測(cè)量的方式，由技術(shù)人員將閥桿置于車(chē)床上檢測(cè)是否存在彎曲、粗細(xì)不均等問(wèn)題。由檢查結(jié)果可知，沿軸向進(jìn)行檢測(cè)，閥桿各處彎曲度皆小于0.02，且各處實(shí)測(cè)數(shù)值與設(shè)計(jì)數(shù)值之間的誤差不超過(guò)0.02 mm，排除彎曲以及粗細(xì)不均因素。

（4）對(duì)中壓調(diào)節(jié)閥各組件材質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，分析各組件材質(zhì)是否與設(shè)計(jì)材質(zhì)相同。結(jié)合資料可知，各組件設(shè)計(jì)材質(zhì)分別為：閥桿（2Cr12NiMo1W1V），襯套（20Cr1Mo1V），蝶閥（12Cr2Mo1），密封環(huán)（12Cr2Mo1）。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量后可知，除去左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥所使用密封環(huán)的材質(zhì)與設(shè)計(jì)材質(zhì)存在誤差外，其余各組件材質(zhì)皆符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，機(jī)組啟動(dòng)后，熱態(tài)下的蝶閥出現(xiàn)了顯著的膨脹，而其膨脹受到了閥套密封環(huán)的限制，進(jìn)而限制了機(jī)組整體運(yùn)行，故需要及時(shí)更換密封環(huán)?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員將這一結(jié)果上報(bào)給部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)，經(jīng)審批后以最快的速度從合作工廠購(gòu)置了與設(shè)計(jì)材質(zhì)相同的密封環(huán)，并進(jìn)行了更換。

2.2" " 油動(dòng)機(jī)與熱工電信號(hào)檢查

在機(jī)組閥門(mén)冷卻狀態(tài)下，對(duì)左右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行啟停試驗(yàn)，多次試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)閥門(mén)均能正常開(kāi)關(guān)；對(duì)火電機(jī)組汽輪中壓缸兩側(cè)中壓閥門(mén)油動(dòng)機(jī)操縱機(jī)構(gòu)及閥桿進(jìn)行解體處理并開(kāi)展單獨(dú)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)油動(dòng)機(jī)狀態(tài)良好，活動(dòng)正常，不存在故障。基于此，可明確本次卡頓事故的原因不在于熱工電信號(hào)以及伺服閥故障，同時(shí)也排除了油動(dòng)機(jī)自身的卡頓故障隱患。

2.3" " 中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔間隙測(cè)量

首先利用塞尺對(duì)中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔的間隙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，塞尺的規(guī)格為0.05 mm。其中針對(duì)左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥的間隙，塞尺只能塞入0.1 cm左右；而右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥則可完全塞入塞尺。將左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿調(diào)整為未完全從導(dǎo)向孔取出的狀態(tài)，而后利用千分尺對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，其中左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥導(dǎo)向孔內(nèi)徑為144.83 mm，右側(cè)則為144.91 mm；隨后將左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿調(diào)整為完全取出的狀態(tài)，測(cè)得左側(cè)導(dǎo)向孔上中下三端內(nèi)徑分別為144.75、144.70、144.60 mm，右側(cè)導(dǎo)向孔上中下三端內(nèi)徑分別為144.95、144.85、144.70 mm；左右兩側(cè)導(dǎo)向桿直徑均為144.55 mm。測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)十字頭導(dǎo)向桿從導(dǎo)向孔中完全取出前以及完全取出后兩次測(cè)量結(jié)果之間存在偏差，推測(cè)可能是受到導(dǎo)向孔內(nèi)襯材質(zhì)變化、內(nèi)襯回彈效果變差的影響。最終結(jié)合實(shí)際情況，按照十字頭導(dǎo)向桿完全取出狀態(tài)下的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)踐分析。左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔間隙最小設(shè)計(jì)值為0.29 mm，對(duì)比可知，左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥的最小配合間隙測(cè)量結(jié)果僅有0.05 mm，與設(shè)計(jì)值之間存在0.24 mm的誤差。為增加十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔的間隙，由技術(shù)人員于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)左側(cè)十字頭導(dǎo)向桿進(jìn)行加工，將其直徑縮小至144.20 mm。由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果可知，右側(cè)十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔間隙存在同樣的誤差情況，故將右側(cè)十字頭導(dǎo)向桿上車(chē)床加工至144.35 mm。最終，左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔的間隙值符合設(shè)計(jì)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)。

3" " 優(yōu)化處理效果

經(jīng)過(guò)徹底的解體檢查后，對(duì)600 MW火電機(jī)組汽輪機(jī)左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥的閥蓋襯套、十字頭導(dǎo)向桿進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工處理，同步更換密封環(huán)。在各項(xiàng)數(shù)值皆符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，對(duì)左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行冷態(tài)、熱態(tài)下的多次啟停試驗(yàn)，皆未再出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。而后在600 MW火電機(jī)組汽輪機(jī)正式啟動(dòng)后，陸續(xù)進(jìn)行增大負(fù)荷、超速試驗(yàn)等各項(xiàng)運(yùn)行試驗(yàn)活動(dòng)，機(jī)組左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥在各項(xiàng)試驗(yàn)中均未出現(xiàn)卡頓情況，機(jī)組整體運(yùn)行狀態(tài)良好，可正常投入運(yùn)行?？梢?jiàn)解體檢查能夠精準(zhǔn)地分析出火電機(jī)組中壓調(diào)節(jié)閥各組件的問(wèn)題與瑕疵，方便技術(shù)人員進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，具有一定的實(shí)操與推廣應(yīng)用價(jià)值[3]。

4" " 結(jié)語(yǔ)

中壓調(diào)節(jié)閥作為火電站中汽輪機(jī)組的關(guān)鍵組成部件，通常會(huì)在正式運(yùn)行前由工廠進(jìn)行預(yù)先組裝。因此在正式運(yùn)行過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員往往會(huì)下意識(shí)地忽視對(duì)其內(nèi)部組件尺寸、材料的核實(shí)與復(fù)查，在正式投入運(yùn)行并出現(xiàn)卡頓問(wèn)題后，才不得不停機(jī)進(jìn)行檢查處理。這一過(guò)程不僅損耗了大量的資金、人力成本，同時(shí)也延誤了火電機(jī)組的投運(yùn)期限，加劇了企業(yè)的生產(chǎn)成本支出。由此可知，在日后類(lèi)似的工程建設(shè)中，相關(guān)技術(shù)人員需要加強(qiáng)對(duì)類(lèi)似問(wèn)題的關(guān)注，在現(xiàn)場(chǎng)安裝階段便對(duì)各部件進(jìn)行充分檢查，以便盡早發(fā)現(xiàn)材料、尺寸等方面的潛在問(wèn)題，并及時(shí)予以解決。

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收稿日期：2022-12-09

作者簡(jiǎn)介：劉虎威（1988—），男，山西原平人，助理工程師，研究方向：火電廠集控運(yùn)行。