熱工聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)主汽閥掛閘裝置故障分析與處理

李冬華

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南開遠(yuǎn) 661600）

熱工聯(lián)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組是云南云天化紅磷化工有限公司（以下簡稱紅磷化工）5#硫酸裝置蒸汽梯級利用節(jié)能改造項(xiàng)目核心設(shè)備。熱工聯(lián)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)后，由于主汽閥掛閘裝置存在自動脫扣的故障，一直不能正常使用，導(dǎo)致機(jī)組基本處于停車狀態(tài)，嚴(yán)重影響發(fā)電量。經(jīng)過技術(shù)人員檢修處理，目前機(jī)組能正常運(yùn)行，給紅磷化工帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 設(shè)備簡介

熱工聯(lián)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組由B0.7-1.0/0.5型700 kW背壓式小型汽輪機(jī)拖動1臺700 kW異步電機(jī)進(jìn)行異步發(fā)電，本體結(jié)構(gòu)包括汽缸、噴嘴組及轉(zhuǎn)向?qū)~、軸承、汽封、調(diào)節(jié)系統(tǒng)和超速保護(hù)控制裝置（ETS）。

2 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本作用是開停機(jī)、轉(zhuǎn)速控制和負(fù)荷控制。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本采用電子調(diào)節(jié)，由HJ03汽輪機(jī)調(diào)速器設(shè)定轉(zhuǎn)速，3個轉(zhuǎn)速傳感器（MPU）將轉(zhuǎn)速信號輸入調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將汽輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)值比較求得差值，然后調(diào)整它的輸出信號(4～20 mA)至NUCOM-10NS電動調(diào)節(jié)器，UCOM-10NS電動調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥調(diào)整其開度和進(jìn)汽量，從而使轉(zhuǎn)速或負(fù)荷趨向目標(biāo)值。

汽輪機(jī)主汽閥是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中不可缺少的一部分，主汽閥與調(diào)節(jié)汽閥組成聯(lián)合汽閥。主汽閥由閥桿、閥板、掛閘裝置和操縱座等部件組成，其中掛閘裝置含有彈簧、套筒、連接塊、楔形鍵、手輪、連接桿和定位桿。掛閘裝置掛閘成功后（需松開此裝置中的定位桿），逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)主汽閥操縱座手輪，使操縱座內(nèi)的彈簧向內(nèi)壓縮，即可開啟主汽閥；順時(shí)針旋轉(zhuǎn)主汽閥操縱座手輪，操縱座內(nèi)的彈簧向外伸開，即可關(guān)閉主汽閥。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過機(jī)組設(shè)定的3 360 r/min時(shí)，汽輪機(jī)超速保護(hù)裝置的飛錘撞擊主汽閥掛閘裝置的定位桿，使定位桿與套筒脫扣，主汽閥關(guān)閉。

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥由HJ03汽輪機(jī)調(diào)速器通過連接桿進(jìn)行調(diào)節(jié)。汽輪機(jī)超速保護(hù)采用“三選二”冗余式電子超速保護(hù)裝置（ETS），該裝置由PLC和3塊轉(zhuǎn)速表組成，并配有3個磁電式轉(zhuǎn)速傳感器。3路轉(zhuǎn)速信號在保護(hù)裝置內(nèi)進(jìn)行比較，當(dāng)2路及2路以上轉(zhuǎn)速信號超過汽輪機(jī)設(shè)定動作轉(zhuǎn)速時(shí)，該裝置自動給出停機(jī)指令，使主汽閥掛閘裝置動作，主汽閥迅速關(guān)閉，阻斷蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)。

3 存在問題及原因分析

汽輪機(jī)組自建成投產(chǎn)以來，主汽閥掛閘裝置一直不能正常工作，主要存在以下問題：

1）機(jī)組開車時(shí)，將主汽閥掛閘裝置開啟后，松開此裝置中的定位桿，定位桿與套筒（材質(zhì)為銅合金）會自動脫扣，導(dǎo)致主汽閥關(guān)閉。

2）在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，定位桿與套筒會自動脫扣，導(dǎo)致主汽閥關(guān)閉，引起機(jī)組跳停，給機(jī)組的正常運(yùn)行帶來很大隱患[1]。

3）楔形鍵與套筒之間的徑向間隙尺寸不匹配。前2次檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)主汽閥掛閘裝置中楔形鍵有明顯的磨損痕跡，由于是新機(jī)組，沒有考慮楔形鍵與套筒之間的徑向間隙尺寸。第3次檢修時(shí)，經(jīng)用游標(biāo)卡尺和深度尺測量，楔形鍵與套筒之間的徑向間隙尺寸有0.5 mm，不足以將套筒卡住，導(dǎo)致在蒸汽的沖擊和操縱座內(nèi)彈簧向外伸張的作用下，定位桿與套筒脫扣，造成主汽閥關(guān)閉。

4 處理方法

2015年1月，技術(shù)人員對熱工聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)主汽閥掛閘裝置故障進(jìn)行維修。將主汽閥掛閘裝置和操縱座拆下，在楔形鍵與套筒的鍵槽之間增加1塊0.5 mm的銅皮。將掛閘裝置和操縱座回裝后，在掛閘的過程中，主汽閥不能正常打開，分析其原因?yàn)殂~皮的厚度過大。楔形鍵與套筒鍵槽之間增加的銅皮示意見圖1。

圖1 楔形鍵與套筒鍵槽之間增加的銅皮示意

再次將主汽閥掛閘裝置和操縱座拆下，將厚度0.5 mm的銅皮改成0.2 mm的銅皮，楔形鍵與鍵槽徑向之間的間隙尺寸為0.3 mm。將掛閘裝置和操縱座重新安裝后，掛閘過程中無卡澀現(xiàn)象，主汽閥開啟后，松開主汽閥掛閘裝置中的定位桿時(shí)，定位桿與套筒沒有脫扣，主汽閥不會關(guān)閉。隨后，汽輪機(jī)暖管、沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)發(fā)電過程中，主汽閥仍沒有自動關(guān)閉，機(jī)組運(yùn)行正常。由于銅皮材質(zhì)較軟，不宜長期使用，技術(shù)人員繪制楔形鍵的圖紙，請廠家加工備件，隨時(shí)可更換楔形鍵，消除了隱患[2]。

5 運(yùn)行情況

汽輪機(jī)主汽閥掛閘裝置存在的自動脫扣故障解決后，汽輪機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，保證了熱工聯(lián)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組長周期穩(wěn)定運(yùn)行。B0.7-1.0/0.5型汽輪機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)見表1。

在2015年1月前，此套發(fā)電機(jī)組的年開車率只有20%左右，基本是停產(chǎn)狀態(tài)。主汽閥掛閘裝置自動脫扣的故障解決后，年開車率達(dá)到90%以上。按此套發(fā)電機(jī)組2015年1—9月發(fā)電量計(jì)，月平均為306 764 kWh，每年可發(fā)電3 681 168 kWh。電價(jià)按0.391元/kWh計(jì)，可節(jié)約電費(fèi)143.9萬元/a。由此可見，此套發(fā)電機(jī)組開車時(shí)間越長，給紅磷化工帶來的經(jīng)濟(jì)效益越大。

表1 汽輪機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)

6 結(jié)語

通過對熱工聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)主汽閥掛閘裝置存在的自動脫扣故障進(jìn)行分析，在楔形鍵與套筒的鍵槽之間增加0.2 mm銅皮，解決了上述問題，使發(fā)電機(jī)組的年開車率從20%提高到90%以上，每年可節(jié)約電費(fèi)143.9萬元，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。