某熱電廠汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥波動淺析

張麗琴

（福建福海創(chuàng)石油化工有限公司，福建漳州 363216）

0 引言

騰龍芳烴（漳州）有限公司熱電廠4×670 t/h+3×150 MW機(jī)組，主機(jī)分散控制系統(tǒng)（DCS）采用了南京科遠(yuǎn)智慧科技集團(tuán)股份有限公司所提供的NT6000 V3系統(tǒng)，汽輪機(jī)為南京汽輪電機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司制造的超高壓沖動式、單軸雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，型號為C150-12.5/4.3。汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)：12.5 MPa、534 ℃；一段抽汽負(fù)荷為4.3 MPa/382 ℃/282 t/h。采用熱電聯(lián)供方式，提高了能源利用率及機(jī)組經(jīng)濟(jì)性[1]。

DEH控制系統(tǒng)主要由兩臺高壓主汽閥、四臺高壓調(diào)節(jié)閥控制高壓進(jìn)汽，一臺低壓抽汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)行低壓抽汽供熱。DEH控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速控制、功率控制、主汽壓力控制、超速控制、抽汽控制、在線試驗(yàn)等都需要高壓調(diào)節(jié)閥的直接參與，并起著決定性作用。高壓調(diào)節(jié)閥是DEH控制和ETS保護(hù)系統(tǒng)的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對機(jī)組安全有重大影響，當(dāng)汽輪機(jī)超過安全限值時(shí)，可通過該系統(tǒng)關(guān)閉汽輪機(jī)的全部進(jìn)汽閥門，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。

1 高壓調(diào)節(jié)閥波動情況

1.1 2號汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥因信號干擾抖動情況

2020年10月11日，檢修人員在DCS電子間處理設(shè)備缺陷時(shí)，發(fā)現(xiàn)2號汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)一定范圍內(nèi)的波動。經(jīng)調(diào)取監(jiān)控查看，DEH柜與ETS柜并無人員作業(yè)，檢修人員在DEH柜對面控制柜（距離約1 m）進(jìn)行新增電動閥控制信號線核對工作，其間間斷使用對講機(jī)。初步判斷為：DCS電子間內(nèi)使用對講機(jī)，由于信號干擾，4臺高壓調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)不同程度的波動。為再次驗(yàn)證上述推測，運(yùn)行人員與檢修人員在做好充分準(zhǔn)備的情況下，使用對講機(jī)直接進(jìn)行干擾，結(jié)果4臺高壓調(diào)節(jié)閥均出現(xiàn)類似波動情況。

1.2 1號汽輪機(jī)2號高壓調(diào)節(jié)閥因閥桿脫落波動情況

2020-12-05T17：19，1號汽輪機(jī)負(fù)荷100.5 MW、主汽壓力8.2 MPa、主汽溫度533 ℃、真空-93.5 kPa，高低加正常投入，順閥運(yùn)行。發(fā)現(xiàn)1號汽輪機(jī)主汽壓力突然增至9.5 MPa，負(fù)荷降至64.5 MW，報(bào)告值長并聯(lián)系鍋爐注意主汽壓力變化。調(diào)閱DCS系統(tǒng)歷史記錄發(fā)現(xiàn)，2號高壓調(diào)節(jié)閥指令和反饋均為100%，但是閥后壓力由7.3 MPa突降至4.4 MPa（最低2.75 MPa），初步判斷為2號高壓調(diào)節(jié)閥閥桿脫落造成波動情況。

1.3 1號汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥閥桿出現(xiàn)軸向轉(zhuǎn)動情況

1號汽輪機(jī)于2013年3月投運(yùn)，間歇性出現(xiàn)4臺高壓調(diào)節(jié)閥閥桿不同程度軸向轉(zhuǎn)動情況，閥桿軸向轉(zhuǎn)動情況隨著閥位指令、單順閥等不斷變化，難以掌握其具體規(guī)律。1號高壓調(diào)節(jié)閥與2號高壓調(diào)節(jié)閥閥桿軸向轉(zhuǎn)動比較明顯，3號高壓調(diào)節(jié)閥次之，4號高壓調(diào)節(jié)閥基本無此現(xiàn)象（也可能與單順閥及閥門開度大小有密切關(guān)系）。高壓調(diào)節(jié)閥軸向轉(zhuǎn)動現(xiàn)象長期存在，極易導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)閥操縱座后螺栓型滾輪滾針軸承斷裂，從而加劇軸向轉(zhuǎn)動。

1.4 3號汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥在熱態(tài)工況無法打開及突然關(guān)閉情況

3號汽輪機(jī)2018年10月開始進(jìn)入整套啟動調(diào)試，各高壓調(diào)節(jié)閥在冷態(tài)情況下拉閥均正常，閥門線性及重合度好。在機(jī)組沖轉(zhuǎn)過程中，出現(xiàn)部分高壓調(diào)節(jié)閥無法打開或在中速暖機(jī)過程中個(gè)別高壓調(diào)節(jié)閥突然關(guān)閉情況。沖轉(zhuǎn)前參數(shù)為主汽壓力2.5 MPa，主汽溫度533 ℃；中速暖機(jī)時(shí)參數(shù)為主汽壓力7.0～9.0 MPa，主汽溫度533 ℃。因我廠為母管制供熱機(jī)組，汽輪機(jī)通過啟動管道進(jìn)行沖轉(zhuǎn)（無啟動鍋爐，也無法滑參數(shù)啟動），啟動管道母管與主蒸汽母管相連，通過截流方式控制汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)的壓力。

2 高壓調(diào)節(jié)閥波動分析及處理情況

2.1 2號汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥信號干擾處理情況

（1）在確認(rèn)DCS電子間內(nèi)使用對講機(jī)會導(dǎo)致4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)不同程度波動后，檢修人員為徹底解決高壓調(diào)節(jié)閥信號干擾問題，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備及原有橋架布置，對高壓調(diào)節(jié)閥電纜橋架進(jìn)行了重新布線。

（2）在2021年1月份全停檢修期間，開展DCS系統(tǒng)性能測試工作，對熱電廠區(qū)域內(nèi)機(jī)柜屏蔽與接地情況進(jìn)行檢查。接地電阻的測量方法采用電壓電流法（三極法），經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，總接地匯流箱至地網(wǎng)的端子部分緊固力不足，DEH1/DEH2/ETS機(jī)柜存在多點(diǎn)接地情況，對其進(jìn)行接地電纜更換處理后測試正常。

2.2 1號汽輪機(jī)2號高壓調(diào)節(jié)閥閥桿脫落處理情況

停機(jī)檢修時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)，事故發(fā)生的直接原因?yàn)?號機(jī)2號高壓調(diào)節(jié)閥的鎖緊螺母因閥門抖動松脫，引起閥桿脫落，2號高壓調(diào)節(jié)閥突然關(guān)閉，導(dǎo)致汽壓波動、負(fù)荷突降。處理措施為重新組裝閥桿，安裝閥桿定位銷并增加角鋼進(jìn)行點(diǎn)焊加固。

2.3 1號汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥閥桿軸向轉(zhuǎn)動處理情況

停機(jī)檢修時(shí)復(fù)查高壓調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)各參數(shù)，如圖1所示。

圖1 高壓調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖[2]

發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生的直接原因?yàn)樵陂y門裝配過程中閥桿中段扇形齒間隙過大，如圖2所示。實(shí)測為1.2 mm，與要求的沿軸向間隙不小于0.5 mm比較，安裝間隙過大，導(dǎo)致閥桿在氣流的作用下出現(xiàn)軸向轉(zhuǎn)動，引起高壓調(diào)節(jié)閥操縱座后螺栓型滾輪滾針軸承斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)閥波動、LVDT桿磨損嚴(yán)重、LVDT連接桿上兩個(gè)關(guān)節(jié)軸承磨損快等一系列問題。

圖2 扇形齒結(jié)構(gòu)圖[2]

2.4 3號汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥沖轉(zhuǎn)時(shí)無法打開及突然關(guān)閉處理情況

2.4.1 沖轉(zhuǎn)時(shí)高壓調(diào)節(jié)閥打不開的原因分析及處理

經(jīng)分析，高壓調(diào)節(jié)閥在冷態(tài)工況下動作正常，說明DEH控制系統(tǒng)及控制回路沒有問題，冷態(tài)與熱態(tài)（沖轉(zhuǎn)或運(yùn)行）工況的差別在于有無蒸汽進(jìn)入高壓調(diào)節(jié)閥，并在閥前與閥后形成一定壓差，若高壓調(diào)節(jié)閥油動機(jī)的力量不足以克服這種壓差形成的阻力，則高壓調(diào)節(jié)閥無法打開。顯然高壓調(diào)節(jié)閥油動機(jī)的力量設(shè)計(jì)肯定能與之匹配，壓差的形成還與高壓調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)預(yù)啟閥通流孔直徑有關(guān)。高壓調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)預(yù)啟閥未打開或已經(jīng)打開但預(yù)啟閥通流孔孔徑偏小均有可能造成閥前后壓差大。經(jīng)檢查，高壓調(diào)節(jié)閥油缸直徑125 mm，活塞桿直徑55 mm，油動機(jī)碰缸距離為10 mm，油動機(jī)最大工作行程為40+10=50 mm，調(diào)節(jié)閥行程為（40±2）mm（其中4 mm為預(yù)啟閥行程距離，即前10%開度），調(diào)節(jié)閥內(nèi)預(yù)啟閥通流孔直徑為8 mm，如圖3所示。

圖3 調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)預(yù)啟閥通流孔

檢修期間，對高壓調(diào)節(jié)閥閥體進(jìn)行解體檢查，復(fù)核以上各安裝數(shù)據(jù)，并未發(fā)現(xiàn)與圖紙不符之處。經(jīng)多方排查，認(rèn)為高壓調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)預(yù)啟閥通流孔直徑為8 mm，可能存在直徑偏小、難以平衡閥后與閥腔體內(nèi)壓差的問題。聯(lián)系南京汽輪電機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司技術(shù)人員重新核算此設(shè)計(jì)參數(shù)并進(jìn)行最終確認(rèn)，認(rèn)為可將預(yù)啟閥通流孔直徑擴(kuò)大為12～16 mm，經(jīng)充分討論，最終確認(rèn)將調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)預(yù)啟閥通流孔直徑由8 mm擴(kuò)大到14 mm，擴(kuò)孔完成后，高壓調(diào)節(jié)閥可順利開啟。

2.4.2 沖轉(zhuǎn)過程中高壓調(diào)節(jié)閥突然關(guān)閉的原因分析及處理

經(jīng)分析，為沖轉(zhuǎn)時(shí)壓力過高（7.0～9.0 MPa），高壓調(diào)節(jié)閥開度低（2%～5%，高壓調(diào)節(jié)閥預(yù)啟開度為10%）導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)閥前后壓差增大，高壓調(diào)節(jié)閥油動機(jī)的力量不足以克服這種壓差形成的阻力，導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)閥在沖轉(zhuǎn)過程中突然關(guān)閉。因我廠為母管制供熱機(jī)組，汽輪機(jī)通過啟動管道進(jìn)行沖轉(zhuǎn)（無啟動鍋爐，也未設(shè)計(jì)機(jī)組滑參數(shù)啟動），啟動管道母管直接與主蒸汽母管相連（中間未設(shè)計(jì)節(jié)流及減溫減壓裝置），只能通過智能開關(guān)型電動閥門截流的方式控制汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)的壓力參數(shù)。經(jīng)專業(yè)討論，通過智能開關(guān)型電動閥截流控制主汽壓力（將原沖轉(zhuǎn)時(shí)壓力由7.0～9.0 MPa降低為2.5～5.0 MPa，并在充分暖機(jī)的情況下逐步提高蒸汽參數(shù)），采用以上方法降低主汽壓力啟動沖轉(zhuǎn)后，我廠再未出現(xiàn)類似情況。

調(diào)整后汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)相關(guān)參數(shù)：

（1）950 r/min時(shí)，壓力2.0～4.0 MPa，溫度350～450 ℃，調(diào)節(jié)閥開度3%～15%；

（2）2 400 r/min時(shí)，壓力5.0～8.0 MPa，溫度480～505 ℃，調(diào)節(jié)閥開度7%～15%；

（3）3 000 r/min時(shí)，壓力10.0～12.0 MPa，溫度500～535 ℃，調(diào)節(jié)閥開度2%～15%。

3 結(jié)語

綜上所述，騰龍芳烴（漳州）有限公司熱電廠通過對高壓調(diào)節(jié)閥信號電纜及橋架進(jìn)行重新布置和對DEH柜與ETS柜屏蔽與接地問題的整改，解決了2號汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥信號干擾問題；通過對高壓調(diào)節(jié)閥安裝閥桿定位銷并增加角鋼進(jìn)行點(diǎn)焊加固，解決了1號汽輪機(jī)2號高壓調(diào)節(jié)閥閥桿脫落問題；通過調(diào)整高壓調(diào)節(jié)閥閥桿中段過大的扇形齒間隙，解決了閥桿在氣流作用下出現(xiàn)軸向轉(zhuǎn)動的問題；通過擴(kuò)大高壓調(diào)節(jié)閥預(yù)啟閥通流孔孔徑和調(diào)整汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)參數(shù)，解決了高壓調(diào)節(jié)閥在熱態(tài)工況無法打開或在沖轉(zhuǎn)過程中突然關(guān)閉的問題。