燃氣機組低壓主蒸汽進汽控制閥卡澀故障分析及處理

汪劍波

(福能集團晉江天然氣發電有限公司，福建 晉江 362251)

一、前言

晉江天然氣發電有限公司1#～4#機組為F級燃氣—蒸汽聯合循環發電機組。汽輪機型號為D10優化型，為一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、沖動式無抽汽純凝式機組。每臺機組配用一只通徑為20 in的低壓主蒸汽進汽控制閥(ACV)。該閥的主要功能是調節低壓進汽壓力，防止透平超速，并向低壓系統供冷卻蒸汽以帶走轉子旋轉產生的熱量。

自2013年5月以來，1#機組ACV在啟機過程中連續發生卡澀現象，給機組正常運行帶來較大風險。

二、低壓進汽閥工作方式

低壓主蒸汽進汽控制閥閥體(圖1)是帶有偏心軸的、由多層密合圈材料制成的密合型碟閥。閥門開度調節采用單作用式的液壓執行機構。液壓油經孔板進入到伺服閥，調節后再由液壓執行機構將碟閥打開到所需的閥位。機組遮斷時，由伺服閥將控制閥關閉。

作為防止超速的第一道防線，低壓主蒸汽進汽控制閥位置受來自Mark VI控制系統的信號調節。該信號與軸轉速成反比：閥門在速度上升到額定轉速的101%時開始關閉；在額定轉速的103.5%或之前就完全關閉；當達到103.5%時，速度檢測信號完全超越低壓進汽控制信號使閥完全關閉。為了帶走機組啟動時汽輪機旋轉產生的摩擦鼓風熱量，要求向低壓聯通管送入輔助蒸汽去冷卻汽輪機通流部分。當機組轉速升至75%～77%時，低壓主蒸汽進汽控制閥打開到10%開度，向低壓系統供汽，直到從汽輪機高壓和中壓段來的蒸汽流量能滿足冷卻蒸汽量的要求時為止。

圖1 低壓主蒸汽進汽控制閥平面結構圖

三、故障現象

2013年5月3日，1#機組溫態開機。機組轉速大于1 500 r/min后出現ACV閥開至5%后未繼續開啟的異常現象。圖2給出了5月3日啟機過程中ACV閥開度趨勢圖。

轉速升至1 872 r/min時，Admission press 和 AP internal setpt百分數各為153%、100%，ACV閥指令為94%，而實際ACV閥位維持5%不變。檢查機組AP Limiter Ref 百分數為128%，說明MARKVI控制系統給出的指令為全開。檢查壓力限制信號，發現非壓力受限制引起ACV未全開。MARK VI控制系統畫面中顯示ACV閥前壓力維持在0.39MPa。降低ACV閥前壓力，轉子轉速達2 600r/min后，指令與反饋一致時才正常開啟。其后多次開機，都出現了ACV閥開啟異常。

圖2 5月3日開機趨勢圖

圖3 5月7日開機趨勢圖

圖3為5月7日熱態啟機曲線，MARKVI畫面ACV閥前壓力維持在0.28MPa，到1 739r/min指令與反饋一致時正常開啟。

四、故障原因分析

比較1#、2#機組啟機過程中ACV閥開啟時各參數曲線發現：熱態啟機相同壓力情況下，2#機組ACV閥指令與反饋一致，沒有出現開啟異常，并且ACV閥開啟后閥前壓力維持穩定。因此，1#機組啟機過程中，ACV閥開啟異常，可能與ACV閥本身有關。相同壓力下，2#機組ACV閥開啟過程中未出現卡澀現象，而1#機組ACV閥開啟異常，機組ACV閥門指令與反饋不一致，說明ACV閥門可能存在機械卡澀。

由圖1可知，ACV閥主要卡澀部位包括：碟板與閥座接觸處、閥本體上下兩端閥桿與閥桿套處以及閥桿與軋蘭處。主要原因如下。

(1)受壓狀態下，閥桿沿系統進氣方向單側受力發生形變，導致與閥桿套裝配間隙單側減小。

(2)閥桿與閥桿套膨脹間隙設計不夠。受熱后，閥桿與閥桿套將沿軸向及徑向膨脹。當閥桿套原始軸向間隙不夠導致軸向膨脹受限時，閥桿套將向徑向膨脹而致與閥桿的徑向配合間隙變小。

(3)閥桿與閥桿套間或閥桿與軋蘭間因高溫氧化物或雜質導致徑向間隙變小，發生卡澀。

(4)在關閉狀態下，閥瓣與閥座受熱膨脹后卡住。

五、檢查處理過程

5月12日換ACV閥伺服閥。啟動到1 629 r/min，MARK VI監控畫面顯示ACV閥前壓力維持在0.28MPa，1 739 r/min后指令與反饋一致時正常開啟。

5月17日將2#機ACV油動機與1#機互換使用。開機過程中ACV閥門開啟正常。后啟停約30余次后再次發生卡澀。

7月7日更換整個閥體。隨后多次開機，閥前壓力0.3MPa時開機啟動正常，新閥更換后至今一直工作正常。

解體檢查更換下來的舊閥發現。

(1)上、下端閥桿與閥桿套徑向配合間隙約350 μm，閥桿與閥桿套受熱總膨脹量約200 μm。

(2)在閥體上架百分表，給碟板施加外力，測得閥桿順氣流方向的軸向竄量約30μm，可以排除進汽時碟板單側受壓及熱態下膨脹致徑向間隙變小卡澀故障。

(3)軋蘭處有單側磨痕，閥桿相對應位置處有深達2 mm半周拉傷痕跡，懷疑為現場安裝時軋蘭位置處掉入較大硬質顆粒物致閥桿磨傷。碟板密封面有一長約50mm、深約1 mm條狀刮痕，相對應處金屬密封環拉毛。分析認為，這是閥門卡澀的主要原因。

關閉嚴密的碟板與金屬密封環受熱膨脹，碟板密封面上的長條狀不規則拉痕增大了碟板與密封環的摩擦阻力。碟板進汽受壓后，軸向單側受壓加劇了碟板與密封環之間的摩擦阻力導致閥門卡澀和開啟受阻。

該摩擦力的臨界點在0.28MPa左右。高于此壓力值則閥門卡澀，低于此壓力值則能正常開啟。2#機組ACV油動機與1#機組對換后該調節閥仍正常使用30余天，是由于2#機組ACV油動機的扭力矩與1#機組不同所引起的。

六、維護建議

(1)進汽控制閥ACV卡澀現象和原因可以根據運行參數趨勢比對分析來判斷。

(2)閥門安裝時，注意保護軋蘭等處不進入異物，檢查碟板密封面及金屬密封環情況應無異常。

(3)閥門卡澀后，啟機過程中應盡量降低ACV閥前壓力，但是不能低于ACV閥開啟最小壓力(各機組壓力不同 )。

(4)機組溫態啟動時，可以通過調節低壓冷卻蒸汽調門來控制ACV閥前壓力。熱態啟動時，可以通過開啟低壓旁路調門來控制ACV閥前壓力。

(5)更換下的舊閥及時解體檢查處理，視損壞修復情況可作為備件繼續使用。

[1]中國華電集團公司.設備及系統分冊[M]. 北京：中國電力出版社，2009 .

[2]張延軍. 防止DEH系統閥門卡澀[J]. 新疆電力技術，2009(01).

[3]核電秦山公司維修處. 汽輪機再熱閥門卡澀故障分析與處理[J].核標準計量與質量，2011 (01).