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        600MW汽輪機(jī)再熱主汽閥卡澀及結(jié)構(gòu)改造探究

        2021-11-25 10:46:16
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年33期
        關(guān)鍵詞:汽閥閥桿墊片

        黃 俊

        (國能黃金埠發(fā)電有限公司,江西 余干335100)

        汽輪機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的重要設(shè)備,在工業(yè)生產(chǎn)過程中起到重要的作用,當(dāng)前,600MW汽輪機(jī)組是最為重要的設(shè)備之一,在運行過程中,受到各種因素的影響,往往會出現(xiàn)各種故障,影響到設(shè)備的良好運轉(zhuǎn)。從設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)上看,再熱主汽閥是汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)最為主要的部套,在機(jī)組打閘后,所有主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥會同時快速關(guān)閉,能夠快速有效切斷汽輪機(jī)進(jìn)汽空間,避免了設(shè)備機(jī)組超速運轉(zhuǎn),保證了設(shè)備的穩(wěn)定與安全。但是,在實際運行過程中,調(diào)節(jié)汽閥卡澀或關(guān)閉不嚴(yán)的問題往往會造成設(shè)備的運轉(zhuǎn)失靈,只有全面做好結(jié)構(gòu)性分析與調(diào)節(jié),才能確保嚴(yán)密,更好地實現(xiàn)設(shè)備功能。

        1 設(shè)備概況

        根據(jù)實例我們分析某汽輪機(jī)組的具體情況,假設(shè)機(jī)組容量600MW,其整體性能為超臨界、中間熱、四缸四排、單軸凝汽,以此汽輪機(jī)組為例,全面分析設(shè)備的情況。根據(jù)運行的條件,在汽輪機(jī)壓缸兩側(cè)各布置一個再熱主汽閥和兩個再熱調(diào)節(jié)汽閥。設(shè)備工作流程如下:設(shè)備開啟后,再熱主汽閥和再熱蒸汽管道能夠把蒸汽從鍋爐再熱器傳輸?shù)街袎焊走M(jìn)口,再熱調(diào)節(jié)汽閥快速形成關(guān)閉,能夠全面控制由鍋爐再熱段傳導(dǎo)來的蒸汽,可以說,再熱主汽閥的作用非常大,能夠協(xié)調(diào)再熱調(diào)節(jié)汽閥的相關(guān)工作,起到了備用閥的作用,能夠全面保證設(shè)備運行中的穩(wěn)定與安全,同時也起到安全閥作用。再熱主汽閥為搖擺止回式蝶閥,其開關(guān)控制主要是安裝在彈簧室上的再熱主汽閥油動機(jī),整體設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,閥軸安裝閥碟,油動遮斷閥安裝到油動機(jī)對面軸端。再熱主汽閥為開關(guān)式兩位閥門,也就是說在工作過程中,能夠全關(guān)或全開,保證了設(shè)備的安全。再熱主汽閥全開就表示設(shè)備正處于正常運行期,此時的油動遮斷閥是關(guān)閉的。再熱主汽閥閥體蒸汽壓越強(qiáng),運行工況則會壓力越大,如果再熱主汽閥軸和襯套間小間隙泄漏蒸汽,則會影響到設(shè)備的正常運行,這種情況下,就會造成再熱主汽閥軸端一側(cè)壓強(qiáng)與運行工況相同,另一端大氣壓過強(qiáng),兩側(cè)壓差的不同,往往造成軸向低壓端移動,軸桿與球面墊片直接接觸,此時的球面墊片負(fù)荷壓力就會加大,產(chǎn)生不必要的摩擦阻力。再熱主汽閥運行過程中,油動遮斷閥呈開啟狀態(tài),而油動遮斷閥釋放再熱主汽閥軸端壓強(qiáng)后,就會大幅度減少球面墊片摩擦力,熱主汽閥就會進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動。在汽輪機(jī)組中,再熱主汽閥是設(shè)備的核心部分,作為設(shè)備最重要的閥門,如果控制不當(dāng),則會對設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響,不利于設(shè)備的穩(wěn)定運行,只有全面保證其安全穩(wěn)定,才能更好地實現(xiàn)安全運轉(zhuǎn),再熱主汽閥開啟出現(xiàn)的閥門卡澀,影響了設(shè)備的正常運行,其安全性不容忽視,要全面加以改良,消除隱患,才能保證設(shè)備運行穩(wěn)定。

        2 故障過程

        該600MW汽輪機(jī)組啟機(jī)時,出現(xiàn)了一次故障,主要表現(xiàn)為,二號(右側(cè))再熱主汽閥不能正常開啟,造成了機(jī)組全面失控。此時的一號(左側(cè))再熱主汽閥是能夠正常開啟的。為了保證設(shè)備的良好運行,則需要提前掛閘,采取臨時性的措施,關(guān)閉小高壓旁路閥,以此全面降低再熱蒸汽壓,下降為0.28MPa進(jìn)行啟動,這樣才能在保證一號正常運行的前提下,對二號再熱主汽閥進(jìn)行啟動。設(shè)備整體運行4年整,從主蒸汽系統(tǒng)、EH油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、再熱系統(tǒng)的參數(shù)上看,均為正常表現(xiàn),需對上述無法正常啟動的原因進(jìn)行深入分析。

        3 原因分析

        3.1 機(jī)械卡澀

        機(jī)械卡澀的故障較普遍,也是機(jī)組無法正常啟動的重要原因,因為長時間的運行過程中,各部分部件出現(xiàn)了摩擦,往往導(dǎo)致再熱主汽閥不能正常啟動,閥體部件間機(jī)械卡澀是較為普遍的現(xiàn)象,在設(shè)備運行中也較多見。通過對再熱主汽閥結(jié)構(gòu)的分析,其卡澀的部位有可能為閥桿軸向連接處、閥桿徑向連接處及EH驅(qū)動油缸傳動的問題,為了查清機(jī)組的問題原因,需要通過冷態(tài)拆解的方式,對設(shè)備進(jìn)行拆除,這樣,才能查明成因,進(jìn)一步修復(fù)設(shè)備,保證設(shè)備能夠良好運轉(zhuǎn)。

        第一,閥桿軸向連接是閥桿與球面墊片接觸面的設(shè)備。閥桿材質(zhì)主要是2Crl2NiMolW1V(葉片鋼),球面墊片材質(zhì)主要是38CrMoAlA-5+6(氮化),兩種材質(zhì)都是耐磨材質(zhì),部件具備一定的摩擦性。設(shè)備拆解后發(fā)現(xiàn),球面墊片出現(xiàn)了磨損,影響到了設(shè)備的運行,球面墊片有重要的功能,其能在閥體開啟后對設(shè)備進(jìn)行自動調(diào)整,保證封閉性,避免間隙泄漏蒸汽的現(xiàn)象。針對球面墊片磨損的問題,需要對照標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),整體看,閥門開啟時墊片承受到了較大的力量,其巨大的軸向力影響了開啟功能。要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)做好調(diào)整,確保再熱主汽閥數(shù)據(jù)處于標(biāo)準(zhǔn)中,如果數(shù)據(jù)沒有問題,那么問題就是再熱主汽閥開啟的時候,油動遮斷閥沒有快速釋放軸向蒸汽壓強(qiáng),導(dǎo)致了閥桿卡澀的情況出現(xiàn)。另外,閥門處于一定熱度時,閥桿和球面墊片會產(chǎn)生不同程度的膨脹,二者的速度不一致也會出現(xiàn)閥桿卡澀。

        第二,閥桿徑向的連接處是閥桿與4個襯套結(jié)合面,其表面氧化皮會形成小部分空間的堆積,徑向卡澀在所難免。

        第三,油缸傳動部分的問題。油缸傳動關(guān)乎到設(shè)備的運行,如果傳動失靈,也會出現(xiàn)問題,油缸傳動由連桿傳動和彈簧座兩部分組成,通過拆解看到,彈簧保持正常,沒有出現(xiàn)裂紋、銹蝕和變形現(xiàn)象,也就是說,設(shè)備不能正常運行,并非是彈簧導(dǎo)致的,能夠全面排除油缸傳動產(chǎn)生的成因。

        3.2 介質(zhì)壓差

        機(jī)組在正常的狀態(tài)下,再熱主汽閥能夠在設(shè)計壓強(qiáng)5.25MPa的常態(tài)下正常啟動運行,不存在卡澀的故障,設(shè)備始終處于良好的性能狀態(tài)下,而設(shè)備在啟機(jī)過程出現(xiàn)了故障,往往也與介質(zhì)壓差有關(guān),也就是說,平衡閥開啟后再熱主汽閥前后壓差達(dá)不到設(shè)計的平衡度,油動機(jī)不能克服彈簧力和再熱蒸汽對閥板反作用力,此時閥門是不能正常啟動的。通過對設(shè)備的再一次認(rèn)定,對設(shè)備進(jìn)行二次啟動發(fā)現(xiàn),再熱蒸汽壓強(qiáng)降至0.28MPa時開啟,熱主汽閥也隨之啟動,此時就證明介質(zhì)壓差對閥門產(chǎn)生了影響,出現(xiàn)了不能正常啟動的現(xiàn)象。介質(zhì)壓差大小與設(shè)備開啟有直接關(guān)聯(lián),從數(shù)據(jù)計算結(jié)果看,如果差偏大則表明平衡閥及所在管道出現(xiàn)了問題。平衡閥DN32的截止閥口徑小,不利于設(shè)備長期運行,如果工作時間過長,就會出現(xiàn)異物堵塞管口的現(xiàn)象,再熱主汽閥后壓強(qiáng)就沒有及時建立起來。如果運轉(zhuǎn)時高壓調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏,也是造成再熱主汽閥和高壓調(diào)節(jié)閥壓差大的成因,經(jīng)過對設(shè)備的拆解分析,調(diào)節(jié)閥正常,有一定的嚴(yán)密性,整體外觀上沒有漏點,不存在內(nèi)漏的現(xiàn)象,那么造成設(shè)備不能正常啟動的成因就是平衡閥口徑小出現(xiàn)了堵塞,只有通過一定的技術(shù)改良,才能進(jìn)一步修正,保證設(shè)備正常啟動。

        3.3 液壓油系統(tǒng)故障

        液壓油系統(tǒng)故障也是較為多見的故障成因,因為油路系統(tǒng)是啟動時必要的環(huán)節(jié),特別是再熱主汽閥的驅(qū)動,更是由液壓油缸進(jìn)行,才能全面驅(qū)動運轉(zhuǎn),液壓油缸為EH油系統(tǒng)。EH油系統(tǒng)如果出現(xiàn)問題,很大的一部分原因出自液壓油缸動力上,如果動力不夠,就沒辦法驅(qū)動再熱主汽閥運轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中,EH油系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用,從油路問題的分析上,我們也不難看到,EH油泵出力不足、伺服閥卡澀及管道堵塞均是最為重要的問題表現(xiàn),在實際運行時出現(xiàn)的頻率也非常高。再熱主汽閥不能啟動的時候,可直接導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行,分析成因時,就需要在EH油系統(tǒng)啟動過程中進(jìn)行,可以設(shè)定上限14.5MPa,另一側(cè)再熱主汽閥如果能夠及時開啟,則說明就是EH油泵出力的問題,動力不足導(dǎo)致無法啟動。

        3.4 冷熱態(tài)形變

        再熱主汽閥熱態(tài)與冷態(tài)都會出現(xiàn)溫差,溫度如果出現(xiàn)變化就會導(dǎo)致部件的形變,出現(xiàn)機(jī)械卡澀問題。在制作過程中,為了避免溫度過冷過熱出現(xiàn)的變形問題,采取的材質(zhì)都是高耐熱材質(zhì),有一定的抗冷熱伸縮性能,而在實際運轉(zhuǎn)的環(huán)境下,如果汽輪機(jī)冷態(tài)啟動,沖轉(zhuǎn)到了3000r·min-1后,再熱主汽閥軸桿與閥體溫差達(dá)到300℃,從理論上看,軸桿與端蓋軸向間隙3mm,長期使用中一直沒有對設(shè)備進(jìn)行質(zhì)檢,質(zhì)檢過程中,也沒有重視軸桿與端蓋軸向間隙的問題,間隙值小于3mm很容易出現(xiàn)軸向碰磨的硬傷,軸桿與端蓋軸向間隙小造成了再熱主汽閥卡澀。

        4 處理措施

        通過對上述成因的分析,找到了問題的主導(dǎo)因素,再熱主汽閥卡澀的問題主要是閥桿軸向卡澀徑向卡澀、介質(zhì)壓差導(dǎo)致油動機(jī)無法推動閥板造成的,要想全面解決好這些故障,則需要通過以下方法進(jìn)行處理,全面保持設(shè)備穩(wěn)定安全運轉(zhuǎn)。

        4.1 擴(kuò)大軸向間隙,消除閥門軸向卡澀

        以再熱主汽閥閥體主體結(jié)構(gòu)為依據(jù),對軸向間隙進(jìn)行系統(tǒng)的全面調(diào)整,我們設(shè)計合理的空間,對軸向墊片厚度和球面墊片厚度進(jìn)行調(diào)節(jié),使其更加適合當(dāng)下的空間運轉(zhuǎn)工況。通過和技術(shù)人員的研究,并與制造單位溝通,對油動遮斷閥端蓋墊片加厚1mm±0.2mm,這樣,就能夠使端蓋與軸桿端面間隙加大;對重新出來的球面墊片也減少厚度,控制到1mm±0.3mm,通過這種處理,有效緩解了摩擦硬傷,避免出現(xiàn)機(jī)械軸向卡澀。

        4.2 平衡管改良,減少閥門介質(zhì)壓差

        再熱主汽閥平衡閥是DN32截止閥,如果稍微進(jìn)行一下改良,則會更加平衡,避免出現(xiàn)運轉(zhuǎn)中的堵塞隱患,解決了運轉(zhuǎn)的風(fēng)險。通過和技術(shù)人員研究,重點把改良部分放于平衡閥改良上,加大的口徑為DN50,加粗平衡管,這樣做的目的是增加了空間,平衡管蒸汽導(dǎo)通速度更快,對設(shè)備啟動過程中的壓力有了一定的緩沖,減少閥門開啟前后介質(zhì)壓差的不同,避免出現(xiàn)故障問題。

        4.3 調(diào)整蒸汽壓強(qiáng),減少閥門介質(zhì)壓差

        再熱蒸汽壓強(qiáng)對設(shè)備啟動的影響較大,為了減少這種影響,則需要對再熱主汽閥進(jìn)行改良,全面調(diào)整壓力,要對運行的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),保證開啟質(zhì)量。通過技術(shù)研究,操作過程中,如果再熱主汽閥不能正常啟動,可以把再熱蒸汽降低到0.3MPa后再掛閘,如果參數(shù)沒有改良,則說明啟動良好,這種方式有效減少了前后的介質(zhì)壓差。

        4.4 改造閥門軸端,消除閥門徑向卡澀

        為了減少故障率,也可以對再熱主汽閥油動機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計,加裝軸桿軸向移位部件,這樣做的根本目的就是對閥桿施加外在的軸向力,這樣,閥桿處于熱態(tài)下也能有效保持軸向運動,避免出現(xiàn)閥桿徑向卡澀的現(xiàn)象,為了達(dá)到安裝目的,需要加裝餅式千斤頂、行程開關(guān)、導(dǎo)向桿、圓形支撐板及相關(guān)千斤頂液壓油相關(guān)設(shè)備。裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 軸桿移位裝置結(jié)構(gòu)示意圖

        5 故障排查原則與技巧

        5.1 故障排查原則

        故障診斷要求準(zhǔn)確,故障排查要求安全、快速。故障現(xiàn)象與原因并非簡單的一一對應(yīng)關(guān)系,而是錯綜復(fù)雜的關(guān)系,這給故障診斷與排除帶來很多困難。一旦故障原因診斷為汽側(cè)結(jié)垢,就需要解體汽閥清理垢物、修復(fù)間隙至合格范圍,檢修過程工藝復(fù)雜、耗時長。因此,掌握上述故障排查原則并靈活運用以下技巧,可以提高故障診斷率、大大縮短故障排除時間,這一點是消除汽閥卡澀工作的關(guān)鍵點。

        5.2 故障排查技巧

        當(dāng)條件允許時,拆去推力桿與連桿之間的銷子,將汽閥分為上下兩部分采用排除法進(jìn)行故障診斷。使用專用工具人工旋轉(zhuǎn)閥桿,若汽閥能輕松旋至關(guān)閉位,則可以排除汽側(cè)結(jié)垢原因,診斷重點應(yīng)轉(zhuǎn)移到執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分的液壓部件(如快速卸載閥、逆止閥等)檢查或更換過程大約只需1h,更換油動機(jī)則需要3h~5h。為增加故障診斷經(jīng)驗,進(jìn)一步掌握油動機(jī)與其他液壓部件的故障區(qū)別,可事先準(zhǔn)備一塊20MPa的壓力表和一個合適的接頭,將壓力表和接頭接通于油動機(jī)下腔室,回裝銷子,做一次機(jī)組掛閘、打閘試驗,通過壓力表數(shù)值監(jiān)測油動機(jī)下腔室油壓變化情況,若打閘后壓力表數(shù)值能迅速降低到1MPa左右而汽閥仍然卡澀,則可判定故障在油動機(jī);反之,故障在其他液壓部件。

        6 結(jié)束語

        600MW汽輪機(jī)組再熱主汽閥卡澀是造成設(shè)備不能正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵,要全面進(jìn)行技術(shù)改良,才能保證設(shè)備良好運轉(zhuǎn),通過從動靜間隙、管道壓差及液壓油路等方面查找成因,最后制定出了系統(tǒng)優(yōu)化的措施,排除了再熱主汽閥卡澀問題,以此,提升機(jī)組運行整體效率。

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