孟 剛（華能銅川照金電廠，陜西 銅川 727100）

600MW機(jī)組高壓調(diào)節(jié)閥門故障分析及處理

孟 剛
（華能銅川照金電廠，陜西 銅川 727100）

本文介紹了600MW機(jī)組高壓調(diào)節(jié)閥門在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，通過對(duì)某電廠發(fā)生的典型故障原因分析，并針對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)不足之處，提供改進(jìn)思路和方案，不僅提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性、而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配方便，為同類型機(jī)組在安全生產(chǎn)上提供了參考。

高壓調(diào)節(jié)閥門；十字頭；斷裂

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.217

0　引言

汽輪機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)和功率的變化是通過調(diào)節(jié)汽閥的開度大小進(jìn)而改變蒸汽流量參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。所以， 調(diào)節(jié)汽閥的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是至關(guān)重要的。在蒸汽節(jié)流閥特別是高壓調(diào)節(jié)閥上不可避免地會(huì)有一些振動(dòng)，而過大的振動(dòng)將導(dǎo)致閥桿漏汽加大和十字頭破裂，因此在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意觀察調(diào)節(jié)閥桿的振動(dòng)。

1　設(shè)備特點(diǎn)

某電廠2×600MW汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日本日立公司技術(shù)設(shè)計(jì)和制造，型號(hào)為NZK600-16.67/538/538，型式為亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。高壓調(diào)節(jié)閥數(shù)量4個(gè)，聯(lián)合調(diào)節(jié)開啟方式，中壓調(diào)節(jié)閥與中主閥為中壓聯(lián)合汽閥，數(shù)量2個(gè)，為液壓開啟，彈簧關(guān)閉，非定位套閥，內(nèi)有旁通閥。

2　事件概況

2015年1月29日21：00 #2機(jī)組負(fù)荷約有40MW快速波動(dòng)，DEH畫面各高調(diào)門反饋波動(dòng)，一次調(diào)頻頻繁動(dòng)作，就地檢查各高調(diào)門波動(dòng)較大。21：25 解除AGC，協(xié)調(diào)模式下負(fù)荷仍有波動(dòng)，解除CCS，投入機(jī)組BASE方式，觀察負(fù)荷穩(wěn)定、調(diào)門開度穩(wěn)定。22：45機(jī)組負(fù)荷320MW，發(fā)現(xiàn)#1EH油泵電流漲至51.8A，高調(diào)門EH油濾網(wǎng)間歇發(fā)差壓高報(bào)警；立即手啟備用EH油泵，發(fā)現(xiàn)四個(gè)高調(diào)門大幅波動(dòng)，立即解除四個(gè)高調(diào)門自動(dòng)，鍋爐等離子拉弧穩(wěn)燃。就地檢查機(jī)組振動(dòng)正常，EH油系統(tǒng)，高、中壓主汽門及其調(diào)門機(jī)械連接無異常。

盤面分析運(yùn)行參數(shù)，#1高調(diào)門后壓力較正常運(yùn)行值偏低3MPa、#1、#2瓦瓦溫較正常運(yùn)行值降低5～9℃，初步判斷#1高調(diào)門故障。00：00 開始全行程活動(dòng)#1高調(diào)門。0：58手動(dòng)緩慢關(guān)閉#1高調(diào)門至20%，就地不動(dòng)；手動(dòng)緩慢全開該門，再次關(guān)閉過程中卡在62.4%。活動(dòng)該門期間，主汽壓、四個(gè)高調(diào)門后壓力及負(fù)荷基本無變化，判斷#1高調(diào)門故障、無蒸汽通流。暫維持CV1手動(dòng)，投入CV2、CV3、CV4自動(dòng)，觀察參數(shù)穩(wěn)定，投入DEH的CCS遙控后CV2-CV4仍然波動(dòng)幅度較大。02：00 通知熱控退出DEH的一次調(diào)頻后觀察穩(wěn)定，投入機(jī)組AGC方式，按照#1高調(diào)門占四個(gè)調(diào)門的噴嘴數(shù)占比，避免轉(zhuǎn)子抬升幅度過高而引起機(jī)組振動(dòng)大的事故，暫限負(fù)荷至400MW。

進(jìn)一步查找高調(diào)閥門波動(dòng)原因，30日00：00分，值長(zhǎng)令：全行程活動(dòng)#1高調(diào)門，手動(dòng)緩慢關(guān)閉#1高調(diào)門，0：58關(guān)至20%后就地不動(dòng)；手動(dòng)緩慢全開該門，活動(dòng)該門期間，主汽壓、四個(gè)高調(diào)門后壓力及負(fù)荷穩(wěn)定無變化；30日白班，重新對(duì)#2機(jī)主機(jī)#1高調(diào)門做全行程活動(dòng)試驗(yàn)，閥門開啟反饋正常，關(guān)閉時(shí)卡澀在57%，試驗(yàn)過程中，主汽壓、四個(gè)高調(diào)門后壓力及負(fù)荷穩(wěn)定無變化。綜合兩次閥門活動(dòng)試驗(yàn)現(xiàn)象及#1高調(diào)閥閥后參數(shù)，初步判斷#1高調(diào)門內(nèi)部故障，門架及反饋裝置動(dòng)作，閥芯沒有動(dòng)作。

3　原因分析

3.1運(yùn)行參數(shù)分析

表1　閥門故障前、后開度對(duì)照表

表2　閥門故障前、后開度對(duì)照表

對(duì)比以上參數(shù)發(fā)現(xiàn)，#1高調(diào)閥開度與閥后壓力不對(duì)應(yīng)且明顯偏低，判斷#1CV在關(guān)閉位，閥后壓力為高壓導(dǎo)汽管竄入蒸汽壓力。

表3　閥門故障前、后溫度對(duì)照表

如圖1所示，因#1、#4高調(diào)門對(duì)應(yīng)的噴嘴 數(shù)為57個(gè)，#2、#3高調(diào)門對(duì)應(yīng)的噴嘴數(shù)為35個(gè)，原閥序閥位開啟順序?yàn)?1CV-#3CV-#4CV-#2CV，同負(fù)荷下，當(dāng)#1高調(diào)閥緩慢關(guān)小時(shí)，#3、#4、#2CV開度逐漸增大，并將轉(zhuǎn)子整體抬升，#1、#2瓦軸承溫度整體減低5～9℃。

圖1　汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴組布置示意圖

3.2設(shè)備結(jié)構(gòu)分析

初步分析原因?yàn)?2機(jī)組#1高調(diào)門十字套螺紋止動(dòng)失效或閥芯脫落，導(dǎo)致閥門關(guān)閉。2月3日，#2機(jī)組春節(jié)調(diào)停，2月11停運(yùn)盤車后，#1高調(diào)門解體后發(fā)現(xiàn)#1高調(diào)門門桿防轉(zhuǎn)銷斷裂，導(dǎo)致門桿螺紋從十字頭中退出，經(jīng)過多次敲打撞擊，使得門桿與十字頭螺紋損壞而報(bào)廢。擴(kuò)大對(duì)其余的3個(gè)高調(diào)門門桿防轉(zhuǎn)銷解體檢查，并確認(rèn)了其它3個(gè)高調(diào)門防轉(zhuǎn)銷與十字頭完好；（1）#2機(jī)組#1高調(diào)門十字頭螺紋止動(dòng)失效。高調(diào)閥的操縱座中的十字頭采用螺紋形式直接聯(lián)接，實(shí)際安裝存在大小不等的間隙，墊環(huán)的間隙若裝配不當(dāng)或漏裝，極造成十字套與閥桿間的圓柱銷在機(jī)組停機(jī)打閘調(diào)節(jié)閥快關(guān)及變負(fù)荷過程中承受沖擊載荷，圓柱銷承受很大的剪切應(yīng)力而斷裂，螺紋止動(dòng)失效，閥桿在汽流的擾動(dòng)下逐漸部分退出十字套，使得閥桿變長(zhǎng)，使得調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，而就地與集控室檢查顯 示調(diào)節(jié)閥卡在某個(gè)閥位，調(diào)門仍存在一定開度的假象。在運(yùn)行中會(huì)造成閥門實(shí)際開度與指令不符，引起負(fù)荷波動(dòng)。東方600MW以上的大容量機(jī)組，其高壓主汽調(diào)節(jié)閥中的高壓調(diào)節(jié)閥的閥桿提升機(jī)構(gòu)均按“日立”調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)，模化設(shè)計(jì)成閥桿與十字頭采用螺紋直接聯(lián)結(jié)，如圖2所示。由于閥門關(guān)閉瞬間強(qiáng)大的反作用力作用到螺紋結(jié)合面上，使螺紋發(fā)生嚴(yán)重變形，造成大修時(shí)高壓調(diào)節(jié)閥無法解體；（2）高調(diào)門閥芯的固定螺釘脫落，導(dǎo)致閥芯從閥桿頭部連接處脫落；（3）高調(diào)門閥桿與操縱座機(jī)構(gòu)連接桿銷子斷裂。

圖2　十字頭與閥桿聯(lián)接原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

3.3暴露問題

對(duì)東汽機(jī)組存在的共性問題重視不足，沒能及早開展隱患排查和十字頭技術(shù)改造調(diào)研，我廠在2010年#1機(jī)組C級(jí)檢修中中壓調(diào)整閥門出現(xiàn)類似現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生，造成中壓調(diào)整閥門門桿螺紋咬扣，更換新門桿。此結(jié)構(gòu)在東汽D300H、D300K、D300L、D600B，D600C，D600D，D600E，D660B機(jī)組均有不同程度發(fā)生。

4　處理措施

與東汽廠進(jìn)行技術(shù)交流溝通，制定高調(diào)門十字頭整改優(yōu)化方案，并通過檢修解體檢查各個(gè)高調(diào)門閥桿與操縱座機(jī)構(gòu)連接銷子情況。

閥桿與十字頭聯(lián)結(jié)的改造方案如下：閥桿上端設(shè)計(jì)成一定角度的錐體，與錐形襯套配合為一體，用園螺母牢固鎖緊后再加，裝一帶槽鎖緊園螺母將園螺母鎖死，防止園螺母可能發(fā)生的松脫。完成上述裝配工作后將錐襯套連同閥桿裝入十字頭并用6-M20內(nèi)六角園柱螺釘邊接成一體。

此結(jié)構(gòu)與原設(shè)計(jì)相較，閥桿與十字頭無直接連接關(guān)系，原設(shè)計(jì)的拆卸弊病不可能在該結(jié)構(gòu)上發(fā)生；拆卸、維修方便，只需拆除連接螺釘，便完成了十字頭與閥桿的分解工作。閥桿與襯套的分解，卸掉上端螺母后，便可取下襯套。對(duì)用戶檢修來無任何后顧之憂。

此結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)相較，取消了止動(dòng)板，即取消裝配后焊接工序（若焊接工藝不當(dāng)，有可能損傷十字頭，產(chǎn)生裂紋）與拆卸時(shí)止動(dòng)板的打磨工序，湖北某電廠曾因止動(dòng)板焊不牢發(fā)生脫落導(dǎo)致螺塞外退出現(xiàn)負(fù)荷大波動(dòng)故障；該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)巧妙利用內(nèi)外錐面緊密配合的自鎖原理，有效地抑制了閥桿因汽流擾動(dòng)所產(chǎn)生的不規(guī)則顫動(dòng)，大大增強(qiáng)了調(diào)節(jié)閥工作的穩(wěn)定性，這已在大武囗、撫順等電廠得到了充分的驗(yàn)證。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)適用于東汽D300N以上各種十字頭結(jié)構(gòu)操縱機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥門。其改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

采用此閥桿與十字頭聯(lián)結(jié)的改造方案已改造20余臺(tái)機(jī)組，近幾年運(yùn)行中均為出現(xiàn)閥門類似故障問題。

5　結(jié)論與建議

通過對(duì)國(guó)產(chǎn)600 MW機(jī)組高壓調(diào)節(jié)閥故障原因進(jìn)行了分析檢查，從而利用檢修機(jī)會(huì)及時(shí)對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥的十字頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造完善，解決了國(guó)產(chǎn)600 MW機(jī)組高壓調(diào)節(jié)閥防轉(zhuǎn)銷斷裂、十字頭咬扣、閥桿振動(dòng)等不安全問題，確保高壓調(diào)節(jié)閥的靈活性，為同類型機(jī)組處理該缺陷提供了可靠的依據(jù)。

［1］東方汽輪機(jī)廠.NZK600-16.7/538/538型汽輪機(jī)維護(hù)說明書［K］.

［2］剪天聰主編.汽輪機(jī)原理［M］.北京：水利電力出版社，1990，

孟剛（1972-），男，山東聊城人，工程師，華能銅川照金電廠策劃部主任助理兼汽機(jī)專業(yè)專工，主要從事汽輪機(jī)和調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備檢修工作。