汽輪機閥梁總成故障分析

■張 鵬 張照坤

永坪煉油廠

1 引言

汽輪機是能將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機械功的外燃回轉(zhuǎn)式機械，來自鍋爐的蒸汽進入汽輪機后，依次經(jīng)過一系列環(huán)形配置的噴嘴和動葉，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能。

本文所舉的汽輪機型號為NG25/20；

N為正常蒸汽進汽參數(shù)，最高為10.0MPa（510℃）;

G為背壓式汽輪機;

25為外缸前段進汽內(nèi)徑為250mm;

20為轉(zhuǎn)子末級根徑為200mm 。

汽輪機主要參數(shù)如下：

2 汽輪機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

永煉140萬噸/年柴油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機（C-1101），主要由壓縮機、汽輪機、干氣密封和潤滑油系統(tǒng)組成。其中離心式壓縮機由汽輪機驅(qū)動，汽輪機為杭汽制造，型號NG25/20，出廠編號為T8787，額定功率2349kW，額定轉(zhuǎn)速為9620rpm，入口為中壓蒸汽，壓力3.6MPa，溫度435℃，流量為36.2t/h，汽輪機調(diào)速范圍在7170～12548rpm。

汽輪機正常控制轉(zhuǎn)速為8000～12000 r/min之間，當調(diào)節(jié)時給定一個轉(zhuǎn)速，ITCC系統(tǒng)會把給定信號轉(zhuǎn)化成為4～20mA的電流信號輸送至汽輪機的電液轉(zhuǎn)化器，當電液轉(zhuǎn)化器收到電流信號后，把4～20 mA的電流信號再轉(zhuǎn)化成0.15～0.45MPa的二次油壓。

二次油壓的變化會使錯油門套筒上下運動，而達到控制動力油進入油動機上下腔的順序來改變活塞桿的運動。

而油動機的拉桿運動會帶動調(diào)節(jié)汽閥杠桿運動，然后引起閥梁總成上閥桿的上下運動達到控制閥碟的開啟高度，因為閥梁上有五個閥碟，并且設(shè)計開啟高度不一樣，所以在杠桿的上下運動中會因為信號的不同而產(chǎn)生五個閥碟開啟的順序是不一樣的，從而實現(xiàn)中壓蒸汽進氣量不一樣，這樣就達到了操作室在ITCC上控制現(xiàn)場汽輪機的目的。

3 故障現(xiàn)象以及分析

2014年6月27日，永煉柴油加氫裝置C1101壓縮機汽輪機控制系統(tǒng)調(diào)速畫面主汽門顯示開度為46.4%，轉(zhuǎn)速為8975r/min，在正常范圍內(nèi)，隨后顯示開度逐漸增大，轉(zhuǎn)速也隨之有小幅度的增大，經(jīng)過8個小時后，顯示開度達到98%，轉(zhuǎn)速為9015r/min，之后主控室給出降低轉(zhuǎn)速的信號，主汽門顯示開度開始減小，直至顯示為0，轉(zhuǎn)速仍未降低反而升至9338r/min?，F(xiàn)場油動機升程指示刻度為19（總刻度為34），主汽門并未關(guān)閉，現(xiàn)場二次油壓接近0.15MPa。車間加強對該設(shè)備的監(jiān)護，特護運行。隨后幾日汽輪機轉(zhuǎn)速一直在升高，現(xiàn)場油動機升程指示刻度也一直在增大。6月29日21時44分，該設(shè)備運行轉(zhuǎn)速超過10000r/min，最高達到10140r/min，現(xiàn)場油動機升程指示刻度到達30（最大值為34），現(xiàn)場二次油壓接近0.15MPa,此刻控制室已經(jīng)完全失去了對汽輪機轉(zhuǎn)速的控制。

通過對此次故障現(xiàn)場分析初步得出，在整個控制過程環(huán)節(jié)中，操作室信號與現(xiàn)場二次油壓信號一致，說明控制環(huán)節(jié)中到油動機前是完好的，調(diào)節(jié)汽門開度顯示與轉(zhuǎn)速不符，說明在最后的控制過程中調(diào)節(jié)汽門某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，再進一步排查，調(diào)節(jié)汽門杠桿可以正常動作，閥梁總成拉桿也可正常動作，但是進入汽輪機的蒸汽量不能控制，從而說明閥碟不受控制開啟閉合，那么問題初步推斷應(yīng)該就在閥碟上。

經(jīng)過停機拆解閥梁總成后，閥梁總成取出，發(fā)現(xiàn)東面閥桿有輕微彎曲，位于中間的5號閥閥碟連接螺栓斷裂，螺栓嚴重磨損，相鄰1號閥閥碟有輕微磕碰及磨損，東面閥梁與閥桿底部連接處有一個大約10mm的凹槽（凹槽形狀為閥桿底部樣式），西面閥桿與閥梁連接處無凹槽，但是有磨痕。

原因分析：此次汽輪機閥碟故障初步判斷為調(diào)節(jié)汽門進蒸汽時，因介質(zhì)流向、管道走向，以及蒸汽壓力、流速、溫度、腔室內(nèi)部結(jié)構(gòu)、閥梁設(shè)計等因素的影響，正好在5號閥處形成了蒸汽渦流，而使五號閥碟產(chǎn)生高頻率的旋轉(zhuǎn)和震動，在該工況持續(xù)了較長時間后，閥碟材質(zhì)受力達到極限，而發(fā)生斷裂，正好卡在旁邊1號閥碟出，而使閥梁卡住，向下運行受到限制，其他閥碟不能開啟閉合，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不能有效地控制在范圍以內(nèi)，所以在ITCC系統(tǒng)上對汽輪機轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，但是汽輪機閥梁的實際運動受到限制，也就出現(xiàn)了ITCC上顯示主汽門開度顯示是0，二次油壓接近0.15MPa ,但是現(xiàn)場主汽門實際開度接近30（0—34）的現(xiàn)象。

4 預(yù)防措施及效果

本次汽輪機閥碟故障主要成因還是蒸汽渦流，在汽輪機腔室內(nèi)閥梁總成閥碟處形成的蒸汽渦流導(dǎo)致閥碟斷裂屬于極小概率事件，解決問題的思路只能從改變蒸汽渦流形成的因素來避開渦流，使它不影響汽輪機的正常操作。綜合考慮，除了改變閥梁設(shè)計可行外，改變其他幾個因素的可操作性及成本過高，所以在通過與杭汽設(shè)計院的溝通交流后，杭汽設(shè)計院通過改變閥梁總成的設(shè)計，將閥梁兩側(cè)受力面形狀由原來的圓弧面改為現(xiàn)在的錐面，達到改變蒸汽進入后腔室后閥梁的受力方式，避開蒸汽渦流在閥梁總成周圍的形成。

本次通過改造該汽輪機的閥梁設(shè)計，在接下來的一個周期運行過程中，工況穩(wěn)定，運行平穩(wěn)，調(diào)節(jié)靈活可靠，在2016年大修時，解體檢查，閥梁總成無任何磨損，進一步驗證了改造效果，證明了我們的方法可行，對于處理汽輪機閥梁總成故障的方向是正確的。

5 結(jié)束語

雖然汽輪機閥梁總成出現(xiàn)故障并不常見，但這次故障處理使我們可以采取有效的預(yù)防措施和操作避免出現(xiàn)類似故障，同時也提高了技術(shù)人員的判斷能力。我們應(yīng)在以后的設(shè)備管理工作中加強對機組的日常維護保養(yǎng)和操作培訓(xùn)，為汽輪機的穩(wěn)定運行和安全生產(chǎn)提供可靠的保障，養(yǎng)成了在石油化工的生產(chǎn)中遇見設(shè)備問題要從理論聯(lián)系實際出發(fā)，運用科學(xué)的分析方法，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，做出可行性方案，來解決我們的設(shè)備故障，并且對于設(shè)備管理，要善于積累經(jīng)驗，總結(jié)分析，對于可控性因素一定要把握好，對于不可控因素一定要及時分析解決問題，使我們的大型設(shè)備能安全、平穩(wěn)、可靠地長周期運行。