張龍　鄧紅濤　農(nóng)勇

摘? ?要：某海上油田透平機組使用的燃油控制閥是VL 24V系列燃油計量閥（VL 24 Volt Series Liquid Fuel Metering Valve）。該系列閥門使用過程中曾出現(xiàn)閥體內(nèi)部阻塞、閥芯磨損、控制失效等故障，導致油啟失敗。由于介質(zhì)壓力高、閥芯行程短、計量精度高和技術(shù)限制等因素，故障閥門一直無法實現(xiàn)現(xiàn)場維修，返廠維修的閥門須經(jīng)過出廠測試，以致造成維修成本高、維修周期長、庫存積壓等問題。某海上油田動力部門通過不斷摸索實驗，成功總結(jié)出一套適用于現(xiàn)場的解決方案。

關(guān)鍵詞：VL 24 Volt Series Liquid Fuel Metering Valve（燃油控制閥）? 線性差動變壓器式位移傳感器（LVDT）? 比例電磁閥? 靜態(tài)漂移

中圖分類號：TH137? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（a）-0089-02

某油田三臺透平于2014年完成升級改造。燃油控制閥由原來的機械拉桿式調(diào)節(jié)閥升級為VL24V系列燃油計量閥（簡稱燃油控制閥），燃料控制精度更高更靈敏，機組運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。但在長期使用中該系列閥門在分公司的多臺索拉機組上出現(xiàn)過多種故障，導致燃油點火失敗，透平啟動困難等問題。

透平發(fā)電機能否實現(xiàn)冷機油啟是油田電力系統(tǒng)最重要的保障措施，該閥門故障的處理方法一直僅限于更換總成和返廠維修，費用極高。

1? 閥門解體與認知

1.1 閥門結(jié)構(gòu)

燃油控制閥由閥體、閥門執(zhí)行器、計量元件、線性差動變壓器式位移傳感器（LVDT）、旁通閥、電子控制模塊等構(gòu)成，如圖1。

（1）閥體：由兩部分具有精加工表面的殼體密閉組成。

（2）閥門執(zhí)行器：是一個比例電磁閥總成，由mA信號控制閥芯軸向的升降移動。

（3）計量元件：通過閥體內(nèi)的環(huán)形銳緣噴嘴與閥芯上的不銹鋼擋板端面組成燃油供給控制和計量。

（4）線性差動變壓器式位移傳感器（LVDT）：LVDT屬于直線位移傳感器，能精確測量閥門執(zhí)行器微米等級的運動，并通過電子控制模塊將位移反饋信號持續(xù)傳送到機組的控制系統(tǒng)。

（5）旁通閥門：旁通閥門為柱塞式，由彈簧承壓，通過壓差調(diào)節(jié)閥門保證通過流量控制口的燃油壓力。

（6）電子控制模塊：印制電路板安裝在閥體頂端，由各種芯片和電氣回路組成，通過判斷燃油需求量大小，輸出驅(qū)動閥門執(zhí)行器動作信號。

1.2 工作原理

燃油控制閥根據(jù)機組的燃油需求量精確控制閥門開度，轉(zhuǎn)變成對燃油流量的線性控制。

燃油控制閥由4～20mA的電流信號控制，在輸入信號為20mA時開度最大，在輸入信號為4mA時開度為零。需要注意，閥門開度為零時閥門并未完全關(guān)嚴，經(jīng)過零開度閥門的燃油流量約為啟機時流量的一半;當系統(tǒng)執(zhí)行閥門關(guān)斷指令時，比例電磁閥失電，由彈簧將閥芯擋板直接座于環(huán)形銳緣噴嘴，此時，閥門完全關(guān)閉并阻止燃油進入機組內(nèi)。

LVDT根據(jù)閥芯行程的變化產(chǎn)生一個精確的反饋信號;通過電子控制芯片，將閥位反饋信號和閥位指令信號進行比較，如果閥位反饋信號大于閥位指令信號，將減少比例電磁閥的輸入電流;同時，閥桿向關(guān)閉位置移動直到閥位反饋信號與閥位指令信號相等。反之，如果閥位反饋信號小于閥位指令信號，將增大比例電磁閥的輸入電流，同時閥桿向打開方向移動直到閥位反饋信號與閥位指令信號相等。

燃料從進口管線進入閥門，通過銳緣噴嘴進行計量。打開擋板可增大經(jīng)過噴嘴的燃油流量，反之則減少，被計量后的燃油通過出口管線進入燃油系統(tǒng)。多余燃油通過旁通閥流回燃油泵，阻尼限位器相當于一個壓力調(diào)節(jié)器，幫助控制旁通閥開度。

為保證旁通閥在合適的位置，通過燃油泵的流量大約比通過控制閥的計量流量多10%～20%，避免旁通閥完全關(guān)閉，導致通過銳緣噴嘴的燃油壓力波動。

2? 故障分析與維修

2.1 故障原因分析

在透平的啟動、運行過程中，曾出現(xiàn)過由于控制閥故障或機組程序參數(shù)不匹配，導致透平油啟困難、熄火等問題。通過對故障閥門的拆解、分析和處理，認為以下幾點可引起控制閥故障：

（1）控制閥進出口及旁通閥堵塞;

（2）控制閥內(nèi)漏或控制模塊受潮;

（3）比例電磁閥、LVDT受環(huán)境干擾 ;

（4）控制閥閥芯磨損;

（5）控制閥靜態(tài)漂移：

（6）控制參數(shù)不匹配影響啟動。

2.2 創(chuàng)新思路自主維修方案

針對以上故障原因，逐項摸索實踐出可行的維修方案。

（1）閥門進出口及旁通閥堵塞：檢查控制閥是否堵塞可采用在線清洗的方法。

需要注意：該維修方法會有少量燃油集聚在透平燃燒室內(nèi)，檢修后必須強制通風稀釋以防止事故發(fā)生;在重新啟動機組前須徹底吹掃排氣系統(tǒng)。

（2）控制閥內(nèi)漏或受潮影響控制精度：將控制閥拆下，打開后部密封套，觀察密封墊有無老化、磨損、破裂等情況，如有需更換配套密封墊;同時觀察執(zhí)行機構(gòu)頂桿與擋板之間的接觸是否緊密。

（3）比例電磁閥、LVDT受外界磁場、基座振動等干擾影響閥位控制、反饋信號異常：檢查燃油控制閥地線、屏蔽線是否破損，連接是否正確可靠;及時處理機組振動異常情況，定期檢查閥體、管線連接牢靠，避免共振。

（4）控制閥閥芯磨損：現(xiàn)場可使用1000目～2000目的砂紙對閥芯金相研磨和拋光，修復輕微磨損;修復的閥芯還需重新零點校準整定。

（5）控制閥靜態(tài)漂移：在線性執(zhí)行機構(gòu)得電前閥門無指令信號，閥芯應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，若反饋信號顯示超出±2.5%，該故障會導致透平點火時，控制閥無法在指定時間內(nèi)回到初始零點位置，影響燃油計量，可以通過燃油閥的校驗來控制靜態(tài)飄移。

（6）機組控制參數(shù)不匹配導致啟動失敗，

燃油點火時閥門開度限制值和燃油點火過程中燃油遞減量是燃油點火過程中最重要的兩個控制參數(shù)。

通過反復試驗得出，當點火閥門開度數(shù)值過小且燃油遞減量過大，容易導致點火失敗，當點火閥門開度數(shù)值過大且燃油遞減量過小時，容易導致T5超溫。

3? 預防性維護

根據(jù)維修經(jīng)驗、整理的資料通過預防性維護可以大大降低閥門發(fā)生不可修復的故障的可能性，預防性維護要注意以下幾個方面：

（1）關(guān)注閥位反饋信號，閥位趨向增大表示該閥存在靜態(tài)漂移或輕微磨損。

（2）每日巡檢目視閥體外觀是否存在缺損或滲漏情況，及時進行清潔和更換密封。

（3）注意電纜及接線情況。

（4）定期保養(yǎng)每季度對閥體及其部件進行清潔保養(yǎng)以延長使用壽命。

（5）定期清潔濾器、更換濾芯。

（6）閥門拆檢過程做好閥芯保護，避免工具異物磕碰、刮劃對閥芯造成人為損傷。

4? 結(jié)語

通過自主攻關(guān)，已在現(xiàn)場修復兩臺故障的透平燃油控制閥，直接節(jié)省維修費用25萬元。每年的臺風季節(jié)，避臺恢復時，如果透平無法順利油啟，以該油田為例每延誤1h供電將造成33m3/h的產(chǎn)量損失，該故障的解決實現(xiàn)了高效復產(chǎn)，避免了油田產(chǎn)量損失。

該系列閥門現(xiàn)場成功的檢修經(jīng)驗對同類型燃油、燃氣控制閥保養(yǎng)、維修具有重要的指導和參考價值，如果該檢修維護方案推廣應(yīng)用到其他油田的更多機型上，實現(xiàn)預防維護與快速修復，能有效降低分公司動力配件的庫存金額。

參考文獻

[1] 張會生，周登極.燃機輪機可靠性維護理論及應(yīng)用[M].上海：上海交通大學出版社，2016.

[2] 朱達.燃氣輪機發(fā)電機組控制系統(tǒng)典型故障分析處理與預控[M].北京：中國電力出版社，2019.

[3] 胡金海，王磊，孫權(quán).燃氣輪機故障診斷：信號處理與故障隔離[M].北京：國防工業(yè)出版社，2016.