300 MW機組高壓調節汽閥閥桿脫落的故障分析與處理

張斌

摘 要：高壓調節閥是汽輪機調速系統執行機構的主要設備元件，調節閥工作正常與否直接影響機組的安全穩定運行[1]。文章針對某電廠出現的高壓調節汽閥閥桿脫落的故障事件進行了原因分析，最終通過對高壓調節汽閥的改造，徹底解決了故障問題。

關鍵詞：高壓調節汽閥；脫落；改造

中圖分類號：TM621.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）15-0093-02

1 設備概況

某330 MW級熱電聯產電廠#1、2號汽輪機為東方汽輪機廠CC330-16.67/3.5/1.0/538/538型亞臨界、中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、雙抽汽凝汽式供熱汽輪機，高、中壓合缸，通流部分反向布置，高壓缸為雙層缸結構，中壓部分為隔板套結構，低壓缸為雙缸雙排汽對稱分流，低壓缸采用焊接雙層缸結構，分別于2012年8月和10月投產運行。本汽輪機配汽方式為設兩個高壓主汽門、四個高壓調門和兩個中壓聯合汽門，具備閥門管理功能，能實現噴嘴調節和節流調節。汽輪機左右各兩個高壓調節汽閥，布置在汽機前方運行層下面，每個高壓主汽調節閥由公共一個殼體的1個自動主汽閥和2個高壓調節閥組成，高壓調節閥和自動主汽閥在公共閥殼內呈三角形排置，結構簡單，布置緊湊。

高壓部分共有四個調門對應于四組噴嘴，噴嘴組與調門的序號相對應，噴嘴調節方式是Ⅰ、Ⅱ調門同時開啟，其閥桿行程達39.2 mm時，Ⅲ調門開啟，當Ⅲ調門閥桿行程達39.2 mm時， IV調門開始開啟。節流調節方式是高壓調門同時開啟且開度相同。中壓部分為全周進汽，負荷在30%以下，中壓調門起調節作用，負荷大于30%時，中壓調門保持全開，此時由高壓調門調節負荷[2]。本機組具備單閥/順序閥選擇功能，運行人員能夠對汽輪機的閥門配汽方式進行選擇，也可根據負荷對運行方式進行選擇。調峰運行中可采用定—滑—定方式，機組帶90%以上負荷時，采用定壓運行；機組帶90%～30%負荷時，采用滑壓運行；機組帶30%以下負荷時，采用定壓運行。

2 設備異常情況

#1機組投產近6個月時，機組處于單閥控制狀態，某一天負荷突然從220 MW降至175.8 MW，后又回升至220 MW，高壓調節汽閥GV1/GV2/ GV3/GV4均由40%突開至62.9%，負荷功率反饋由93.6%開至98.3%，期間負荷波動較大，范圍在10 MW左右，其余參數變化不明顯。熱控技術人員檢查相關邏輯、及就地有關表計均正常，未發現異常，初步懷疑3號高調閥設備異常。

3 故障原因分析

為進一步確認異常情況的原因，電廠技術人員進行了分析和相關實驗，逐漸逐一關閉1號高壓調節汽閥GV1、2號高壓調節汽閥GV2、4號高壓調節汽閥GV4高壓調節汽閥，關閉高壓調節汽閥時機組負荷明顯減低、減少，自動主汽閥前主蒸汽壓力明顯升高；逐漸關閉3號高壓調節汽閥GV3時，汽閥開度由57.3%關小至10%期間，機組負荷及自動主汽閥前主蒸汽前壓力無明顯變化，發現關閉3號高壓調節閥對機組負荷沒有任何影響，不參與負荷調整，最終確認3號高壓調節汽閥閥芯脫落。

東汽300 MW級以上的大容量機組，其高壓主汽調節閥中的高壓調節閥的閥桿與十字頭均使用螺紋直接連接，高壓調節閥的閥桿提升機構采用的是“日立”調節閥結構，電廠高壓調節汽閥也采用此結構，如圖1所示。

隨著國家煤電機組單臺裝機容量的加大和裝機數量的增加，尤其南方地區已出現電量供大于求的現象，300 MW煤電機組已經成為調峰主力機組，明顯出現機組調峰時間增多，啟停次數增加，機組打閘次數增加；并且隨著供熱機組技術水平的不斷提高，300 MW供熱機組已成為供熱機組的主流機型，由于外部環境的影響，機組負荷、對外供汽量調整非常多，機組高壓調節汽閥動作頻繁。機組打閘時，AST電磁閥動作，高壓調節汽閥下安全油壓泄走，在彈簧力的作用下，汽門迅速關閉，閥蝶迅速到底，與閥座產生很大的碰撞和沖擊，并且由于安裝原因，閥桿頂部與十字套之間存在較大間隙，碰撞沖擊力全部集中在十字套頂部的螺扣上，打閘次數的增多，螺紋會逐漸發生變形，進而閥桿與十字套連接部位發生位移，最終導致十字套內的止轉銷部件因承受較大剪切應力被切斷。

該型機組高壓調節汽閥的主閥碟與主閥桿連為一體，固定在主閥桿上，主閥碟不能旋轉。在設計上，其主要結構為高壓主汽閥和高壓調節汽閥的閥體相連，由2個主汽閥和4個調節汽閥組成，4個調節閥共用一個閥殼，兩個主汽閥出口與調節閥殼相連，這樣在高壓調節汽閥內易產生漩渦汽流從而對主閥芯產生旋轉力矩，閥芯帶動門桿旋轉，進一步將止轉銷損壞，進而出現高壓調節汽閥閥芯脫落。后咨詢汽輪機廠家和相關電廠了解，該型機組的高壓調節汽閥多次出現閥芯脫落的故障。并且這種結構的閥門可以看出，閥門關閉時，閥碟與閥座碰撞和沖擊產生強大的作用力，由于反作用力導致螺紋結合面發生嚴重變形，造成大修時高壓調節閥無法解體的問題。

4 故障解決措施

4.1 故障解決的臨時措施

目前，由于電網供大于求的大環境下，機組負荷偏低，機組調峰較多，#3高壓調節汽門經常處于開關調整狀態，#3高壓調節汽閥頻繁動作，導致#3高壓調節汽閥閥桿最先斷裂、脫落。機組減負荷運行，機組單閥控制狀態轉換為順序閥控制轉態，暫時采用臨時處理措施將3號高壓調節汽閥與4號高壓調節汽閥進行邏輯對調，強制3號高壓調節汽閥，此門一直處于全關位置，不參與負荷調整，利用4號高壓調節汽閥來負荷調節；全廠調峰主要依靠另一臺機組，此臺機組盡快保證負荷穩定，#4號高壓調節汽閥全開位置，較少高壓調節汽閥頻繁動作，并且制定了#1機組#3高調閥桿脫落有關運行規定和注意事項。

機組為供熱機組，對外供汽量較多，為盡量減少對熱用戶的影響，在最短時間內處理缺陷，利用節假日調峰停機機會對此缺陷進行臨時處理。將原十字頭的螺紋部位補充加工擴大成一圓柱孔，增加一提升螺母作為閥桿與十字頭的聯接用，提升螺母外圓與十字頭上的孔采用間隙配合，在提升螺母外圓上開一導向槽，在十字頭上裝一導向銷以防止提升螺母轉動，并保證提升螺母可以上下移動；提升螺母的定位由一螺塞完成；先旋轉螺塞，然后測量出提升螺母與十字頭之間的頂部間隙，保證該間隙值為3 mm后，再裝入止退螺釘，以防止螺塞退出。

4.2 故障解決措施

針對此問題，與東方汽輪機廠聯系，對高壓調節汽閥閥桿提升裝置結構進行改進設計，就完全可以杜絕此類故障的發生，其改進設計結構，如圖2所示。

改造后的高壓調節汽閥閥桿上端設計成一定角度的錐體，與錐形襯套配合為一體，用螺母牢固鎖緊后再加裝一帶槽鎖緊螺母將螺母鎖死，防止螺母可能發生的松脫。改造后的結構與原結構比較，高壓調節汽閥的閥桿與十字頭沒有直接進行連接，改造后高壓調節汽閥拆卸和維修比原結構閥門方便，只需拆除螺釘，便可以完成分解十字頭與閥桿的工作。高壓調節汽閥的閥桿與襯套的拆卸，只需要卸了螺母后，就可以取出襯套。并且改造后的高壓調節汽閥結構巧妙利用內外錐面緊密配合的自鎖原理，能有效地解決了主蒸汽汽流擾動所產生的閥桿不規則振動，加強了高壓調節汽閥工作的穩定性[3]。

電廠利用機組調峰停機機會，對3號高壓調節汽閥進行了解體，檢查發現3號高壓調節汽閥止轉銷斷成三段、閥桿螺紋牙全部損壞，螺牙基本沒有，閥桿裝配后距離十字套頂部間隙較大，遠遠超過圖紙要求，與之前分析的原因基本吻合。后對其余高壓調節汽閥也進行解體檢查，發現止轉銷均有不同程度的損壞，螺紋結合面發生嚴重變形，高壓調節閥無法解體。1號機組高壓調節汽閥按新的改進結構進行了改造，機組經過四年來的運行考驗，均未再發生調節氣閥閥芯脫落的缺陷，其中還進行了一次機組大修時檢查未發現以前存在的問題，閥門設備運行正常。

5 結 語

本文針對某廠東方汽輪機廠CC330-16.67/3.5/1.0/538/538型機組的主機高壓調節汽閥閥桿脫落問題進行了分析，并制定了解決措施，通過實踐，取得較好效果。高壓調節汽閥的閥桿提升機構采用“日立”調節閥結構的機組要高度重視，避免類似故障的發生。

參考文獻：

[1] 曹祖慶，江寧、陳行庚.大型汽輪機組典型事故及預防[M].北京：中國電 力出版社，1999.

[2] 文賢馗.火電廠汽輪機控制系統改造[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3] 張林茂，陳峰，劉子夫，等.300 MW機組高壓調節汽閥閥桿脫落或斷裂 的故障分析與處理[J].電力技術，2009，（6）.