600MW超臨界機(jī)組某型旁路閥的故障分析與處理

麥潔

摘 要：本文對茂名熱電廠7號機(jī)組旁路閥從基建到投產(chǎn)的五年時間內(nèi)，先后發(fā)生的油缸驅(qū)動力不足、高頻劇烈振動、噪音超標(biāo)污染、閥門內(nèi)漏等多種問題進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了閥體結(jié)構(gòu)改造、閥芯閥座防沖刷結(jié)構(gòu)改造等一系列技術(shù)方案，有效地解決了上述缺陷問題，消除了高溫高壓設(shè)備的安全隱患，并提出了延長設(shè)備壽命和檢修周期的運行措施。

關(guān)鍵詞：600MW機(jī)組 旁路閥 故障分析 處理

中圖分類號：TK227 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0070-03

1 設(shè)備概況及參數(shù)

茂名熱電廠7號機(jī)組為東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)制造的超臨界壓力、一次中間再熱、沖動式、單軸、三缸四排汽、雙背壓、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，型號為：CC600/523-24.2/4.2/1.0/566/566，最大連續(xù)出力為662MW，額定出力為600MW。機(jī)組采用高壓和低壓兩級串聯(lián)的旁路系統(tǒng)，其中高壓旁路容量為40%鍋爐最大容量，布置在汽機(jī)房的6.9m平臺上；低壓旁路設(shè)置兩套裝置，分別對應(yīng)高、低壓凝汽器，總?cè)萘繛楦邏号月返恼羝髁颗c噴水流量之和，布置在汽機(jī)房的13.7m平臺上。高壓旁路系統(tǒng)裝置由高壓旁路閥（含減溫器）、噴水調(diào)節(jié)閥、噴水隔離閥及液壓站、油管道（硬管和軟管）等組成，低壓旁路系統(tǒng)裝置由低壓旁路閥（含減溫器）、噴水調(diào)節(jié)閥、噴水隔離閥及液壓站、油管道等組成，主要參數(shù)如表1所示，高旁閥結(jié)構(gòu)圖見圖1。

2 設(shè)備運行情況及問題

（1）2012年基建期間，高旁閥減溫水調(diào)節(jié)閥由于油缸驅(qū)動力不足，導(dǎo)致減溫水調(diào)節(jié)閥在壓力大于13MPa時無法開啟，更換更大驅(qū)動力的油缸，此問題解決。另外，低旁閥也曾發(fā)生無法開啟的問題，制造廠提供了一套重新設(shè)計的閥門內(nèi)芯，減少了閥芯開啟阻力，此問題當(dāng)時已解決。

（2）2013年停機(jī)保養(yǎng)期間，7號機(jī)組共啟動了3次進(jìn)行沖轉(zhuǎn)保養(yǎng)，曾發(fā)生高排逆止門后疏水罐水位計接管焊縫振裂、高旁閥后壓力表管斷裂、高旁閥后溫度測點反復(fù)故障損壞等問題；在機(jī)組啟動過程中，高旁投入運行時聲音較異常，噪聲非常大且尖銳，高旁閥振動幅度較小，肉眼觀察不明顯，現(xiàn)場巡查未聽見水錘聲音。

（3）機(jī)組投產(chǎn)后，2013年12月26日第一次啟動過程中，高旁閥減溫水投入自動控制，因為高旁閥后溫度測點因振動損壞，控制系統(tǒng)誤判斷為閥門出口超溫，減溫水調(diào)節(jié)閥瞬間全開并反復(fù)波動，對閥門造成了熱應(yīng)力沖擊，在高頻振動的疊加下，高旁閥減溫水3個噴嘴的管座焊縫均開裂。經(jīng)過搶修恢復(fù)噴嘴焊縫，并在冷段再熱蒸汽管道0m層最后一處彎頭前增加了一路疏水管道至疏水?dāng)U容器，2014年1月4日第二次啟動過程中，在高旁閥及其減溫水投入后，高旁閥后管道和冷段在再熱蒸汽管道仍存在明顯的高頻振動，測得的振動速度值隨著高旁閥的開度增大而增大，在#27彈簧支座、#7彈簧吊架處尤其明顯，同時，高旁閥附近區(qū)域的噪音也明顯增大，高排逆止門后疏水罐水位計接管和高旁閥后壓力表管仍被振裂，見圖2。

（4）2014年4月3日停機(jī)過程中，高旁閥后彈簧支座振動及閥門附近1m范圍內(nèi)噪音測量情況。

（5）2014年10月機(jī)組首次大修，對高旁閥進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)高旁閥節(jié)流裝置（降噪籠）底板整塊脫落，第二、三級節(jié)流裝置完全失效，見圖3。

3 故障原因分析

（1）管道發(fā)生振動的常見情況是水擊（水錘）現(xiàn)象，由汽（氣）液兩相流或疏水不暢所造成，但從機(jī)組2014年1月4日啟動過程的情況（高旁閥減溫水為手動控制，未過量噴水；疏水亦正常）分析，振動源應(yīng)為高旁閥內(nèi)部。

（2）此類型閥門后的管道直管段長度要求為管道直徑的5～10倍，7號機(jī)組高旁閥后的管道長度（5900mm）/直徑（711.2mm）約為8.3倍，符合要求，排除了管道設(shè)計布置不合理引起的閥門振動的疑點。

（3）經(jīng)拆檢減溫水噴嘴，組件完好、無卡澀，排除了噴水霧化效果不好導(dǎo)致管系振動的可能。

（4）從表2可知，高旁閥引起的高頻振動速度非常高，振幅很小（小于1mm，肉眼幾乎觀察不出來），未達(dá)到支架阻尼器的作用行程范圍，可確定支吊架系統(tǒng)對管系的振動貢獻(xiàn)非常小。

（5）經(jīng)核算，該閥門通流面積有20%的余量，主蒸汽流量768t/h對應(yīng)Kverf=384.0m3/h，Kvmax=504.6m3/h；高旁閥前蒸汽流速為59m/s，閥后67m/s，高旁閥前、后的管道直徑設(shè)計合理，排除了閥門、管道尺寸不足導(dǎo)致蒸汽流速過高而產(chǎn)生振動的疑點。

（6）結(jié)合閥門解體情況，最終確定高旁閥振動及噪音的原因是，機(jī)組冷態(tài)啟動時，尤其是鍋爐試水壓后過熱器中留存了大量液態(tài)水，主蒸汽溫度處于濕蒸汽區(qū)運行，蒸汽混夾的水滴將對高旁閥閥芯產(chǎn)生沖擊，尤其是通過高旁閥座后流速升高，破壞力增大，閥門內(nèi)部節(jié)流裝置（降噪籠）底板焊縫產(chǎn)生隱性裂紋；在后續(xù)機(jī)組甩負(fù)荷試驗時，高旁閥瞬間開啟，大量蒸汽通過旁路至再熱器，沖擊節(jié)流裝置底板，造成底板整體脫落，此后蒸汽直接進(jìn)入高旁閥后管道，高溫、高壓的蒸汽流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計值，產(chǎn)生高頻振動和噪音。

4 處理方案

制造廠對閥門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計：閥芯由圓筒型改為拋物線型，改善低開度工況時閥芯的微調(diào)控制品質(zhì)，并將第二級節(jié)流裝置（降噪籠）與第三級節(jié)流裝置分離，第二級降噪籠尺寸縮小、厚度增大且與閥座為整體鍛造結(jié)構(gòu)，同時第三級降噪籠增加體積尺寸和底部封板厚度（如圖4所示）。

5 實施效果及新問題

（1）通過更換上述改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的新閥體，高旁閥經(jīng)過2015年運行檢驗，此前曾因高頻振動而反復(fù)發(fā)生的故障，例如：

①高排逆止閥后疏水袋水位計取樣管座斷裂。

②高旁出口溫度計A、B斷線。

③高旁管支吊架裝置螺絲松動。

④高旁調(diào)節(jié)閥后壓力測點二次門后取樣管振斷。

⑤高旁減溫水管座焊縫斷、裂漏汽（西南、北側(cè)兩處完全斷裂，東側(cè)局部開裂）。

⑥高旁閥后垂直段彈簧支座部分螺母松脫、支架側(cè)位，6塊加強(qiáng)肋板一塊斷裂、5塊根部產(chǎn)生裂紋。

⑦高排逆止閥操作氣缸底部壓縮氣管震斷。

上述故障在更換新閥體后，沒有再發(fā)生相同或類似缺陷，證明了該方法可以有效地解決閥門運行中受夾帶水滴的濕蒸汽沖擊而損壞的問題，此前由于閥門內(nèi)部節(jié)流裝置損壞所引起的高頻振動和噪音問題得以解決。

（2）上述改進(jìn)結(jié)構(gòu)的閥體雖然增加了強(qiáng)度，沒有再次發(fā)生節(jié)流裝置損壞的故障，但是機(jī)組冷態(tài)啟動時，尤其是鍋爐試水壓后過熱器中留存了大量液態(tài)水，主蒸汽溫度處于濕蒸汽區(qū)運行長達(dá)2～3h，蒸汽混夾的水滴仍對高旁閥閥芯、閥座產(chǎn)生沖擊，經(jīng)過多次冷態(tài)啟動后，高旁閥又出現(xiàn)了新的問題，即閥門內(nèi)漏。

7號機(jī)組2016年1月5日停機(jī)后，高旁閥后溫度從253℃升至最高357℃，說明閥門內(nèi)漏嚴(yán)重。

解體檢查，發(fā)現(xiàn)閥芯、閥座均存在不同程度吹損，如圖5所示。

后續(xù)采取激光補(bǔ)焊司太立合金修復(fù)閥芯、閥座密封面，但每次修復(fù)后經(jīng)過機(jī)組1～2次冷態(tài)啟動，即又出現(xiàn)不同程度的內(nèi)漏，無法根本解決問題。

6 高旁閥閥芯、閥座防沖刷結(jié)構(gòu)改造方案及效果

實際運行、檢修情況證明，此前更換的新閥體雖然解決了閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度問題，卻無法避免濕蒸汽對閥門密封面的沖刷破壞，為了徹底處理閥門內(nèi)漏缺陷，再次研究決定采取閥芯、閥座防沖刷結(jié)構(gòu)改造方案，如圖6所示，閥芯密封面背對蒸汽流動方向。

上述改造于2016年底實施后，7號機(jī)組于2017年（截至發(fā)稿日期）進(jìn)行了5次冷態(tài)啟動（其中有兩次冷態(tài)啟動前鍋爐進(jìn)行了水壓試驗），運行中高旁閥后溫度與高壓缸排汽溫度的偏差在1℃以內(nèi)，停機(jī)后高旁閥后溫度沒有異常升高，有效解決了高旁閥頻繁內(nèi)漏問題。

7 結(jié)語

茂名熱電廠7號機(jī)組旁路閥從基建到投產(chǎn)的五年時間內(nèi)，先后發(fā)生了油缸驅(qū)動力不足閥門無法開啟、高頻劇烈振動引起閥門及管系焊縫開裂、噪音超標(biāo)污染、閥門內(nèi)漏等多種問題，通過閥體結(jié)構(gòu)改造、閥芯閥座防沖刷結(jié)構(gòu)改造等一系列技術(shù)方案，歷時五年，終于有效地解決了上述缺陷問題，消除了高溫高壓設(shè)備的安全隱患，避免了高品質(zhì)蒸汽內(nèi)漏造成的大量能耗損失。為了盡量延長設(shè)備壽命和檢修周期，運行中還應(yīng)采取以下措施：

（1）在機(jī)組啟動前開啟旁路閥門，在啟動初期限制最小閥位不低于25%，直到高旁閥前主蒸汽和低旁閥前再熱蒸汽超過50℃的過熱溫度后再對閥門進(jìn)行小開度操作；或者高低壓旁路閥門保持25%開度直至過熱蒸汽參數(shù)達(dá)到機(jī)組沖轉(zhuǎn)壓力要求，再轉(zhuǎn)入壓力控制模式。

（2）在機(jī)組啟動前確認(rèn)低壓旁路閥前疏水閥門投入自動模式，即機(jī)組負(fù)荷小于某一設(shè)定負(fù)荷（例如133MW）低壓旁路閥前疏水閥處于開啟狀態(tài)。

（3）機(jī)組啟動過程盡量縮短主蒸汽溫度接近濕蒸汽區(qū)的運行時間，以減少蒸汽中夾帶水滴對高旁閥的破壞，主蒸汽升溫速率上限為5℃/min。

參考文獻(xiàn)

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