趙超，孟禮，朱建，張文英

(江蘇闞山發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221134)

給水泵汽輪機(jī)為燃煤發(fā)電機(jī)組的重要輔機(jī)，近年來(lái)，機(jī)組頻繁參與電網(wǎng)深度調(diào)峰任務(wù)，負(fù)荷波動(dòng)頻繁，要求給水流量跟蹤響應(yīng)快，這就需要給水泵汽輪機(jī)需要具備良好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性來(lái)滿足電網(wǎng)調(diào)節(jié)的任務(wù)。

闞山發(fā)電公司給水泵汽輪機(jī)為單缸、單流、單軸、反動(dòng)式純凝汽汽輪機(jī)，型號(hào)為NK63/71/0。給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)性能異?？赡軙?huì)引發(fā)超速事故，超速會(huì)對(duì)人身安全和設(shè)備造成極大危害[1]。為嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家能源局發(fā)布的國(guó)能安全[2014]161號(hào)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》，保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)異常問(wèn)題一旦出現(xiàn)需及時(shí)解決。

1 異常狀況

給水泵汽輪機(jī)的汽源為主汽輪機(jī)第四段抽汽，備用汽源為高壓缸排汽，啟動(dòng)調(diào)試汽源為輔助蒸汽。正常工作時(shí)，第四段抽汽先經(jīng)過(guò)速關(guān)閥(SSV)到達(dá)進(jìn)汽室，進(jìn)汽室內(nèi)裝有5個(gè)提板式調(diào)節(jié)汽閥，給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。根據(jù)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速指令，油動(dòng)機(jī)通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)操縱提板，調(diào)節(jié)5個(gè)調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度，調(diào)整進(jìn)入給水泵汽輪機(jī)的蒸汽流量來(lái)控制給水泵汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速[2]。

圖1 給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)油動(dòng)機(jī)伺服閥接收關(guān)小調(diào)節(jié)汽閥的指令后，目的是減少進(jìn)汽量來(lái)降低給水泵汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，然而，實(shí)際轉(zhuǎn)速卻從3 702 r/min急劇升至3 791 r/min；當(dāng)油動(dòng)機(jī)伺服閥接收開(kāi)大調(diào)節(jié)汽閥的指令后，目的是增加進(jìn)汽量來(lái)提高給水泵汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，然而，實(shí)際轉(zhuǎn)速卻從3 791 r/min急劇下降至3 698 r/min。調(diào)節(jié)性能出現(xiàn)了與原調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能相悖的情況，具體異常說(shuō)明如下：

2021年2月8日05:25:14，當(dāng)時(shí)負(fù)荷為273 MW，2A給水泵出口壓力為16.06 MPa，2B給水泵出口壓力為16.08 MPa，2A給水泵汽輪機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速為3 689 r/min，調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)至30.04%，實(shí)際轉(zhuǎn)速為3 702 r/min，比設(shè)定值高出13 r/min，調(diào)節(jié)汽閥關(guān)到22.22%時(shí)，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)異常升至3 791 r/min，給水流量從460 t/h增加至588 t/h。

2021年2月8日05:27:12，設(shè)定轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)汽閥指令從22.22%增加至25%，調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)至26.38%，實(shí)際轉(zhuǎn)速?gòu)? 791 r/min急劇下降至3 698 r/min，給水流量從460 t/h下降至300 t/h，觸發(fā)給水泵最小流量閥門(mén)全開(kāi)，造成給水流量低。接著開(kāi)度指令增加，調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度增大，小機(jī)升速至3 820 r/min左右，給水量維持穩(wěn)定。

追溯2021年2月20日上午10:00，除出現(xiàn)上述現(xiàn)象外，出現(xiàn)2A、2B開(kāi)度值由3%左右偏差達(dá)到10%左右的情況。經(jīng)查閱，2021年2月8日調(diào)節(jié)汽閥出現(xiàn)的狀態(tài)和2021年2月20日出現(xiàn)的2A、2B開(kāi)度值偏差的情況，在2021年1月15日機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，給水泵汽輪機(jī)掛閘(速關(guān)閥全開(kāi)，調(diào)節(jié)汽閥未開(kāi)啟狀態(tài))，給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)谋P(pán)車300 r/min突然升至1 400 r/min。就地檢查發(fā)現(xiàn)油動(dòng)機(jī)的連接桿產(chǎn)生彎曲。圖2為啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)調(diào)節(jié)汽閥閥門(mén)未關(guān)閉到位，導(dǎo)致油動(dòng)機(jī)連接桿產(chǎn)生壓桿彎曲現(xiàn)象。

圖2 油動(dòng)機(jī)連接桿產(chǎn)生壓桿彎曲現(xiàn)象

2 原因分析

2.1 調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)性能異常的原因

對(duì)于調(diào)節(jié)汽閥總開(kāi)度下降，轉(zhuǎn)速卻異常上升，給水流量上升的現(xiàn)象，初步判斷2A調(diào)節(jié)汽閥內(nèi)部5個(gè)調(diào)門(mén)中2號(hào)調(diào)節(jié)汽閥沒(méi)有關(guān)閉到位，閥座凸出，閥芯被閥座頂開(kāi)，引起進(jìn)汽量突然增加轉(zhuǎn)速突然上升；對(duì)于調(diào)節(jié)汽閥再次開(kāi)大，轉(zhuǎn)速卻下降100 r/min的現(xiàn)象，初步判斷是在橫梁上提的過(guò)程中，調(diào)節(jié)汽閥閥芯與閥座復(fù)位，造成進(jìn)汽通流面積減小，造成進(jìn)汽量減少轉(zhuǎn)速降低。

對(duì)比圖3和圖5，門(mén)芯導(dǎo)向桿與導(dǎo)向套處可能存在卡澀，造成閥梁下關(guān)時(shí)(調(diào)節(jié)汽閥關(guān)小)，閥芯接觸閥座，受到閥座施加向上的支反力使得閥芯向上抬升，進(jìn)汽口與閥芯遮蓋度減小，進(jìn)汽流量增加。圖4箭頭所示，當(dāng)閥梁向上提至某一開(kāi)度時(shí)，閥芯導(dǎo)向桿回正，將閥門(mén)關(guān)閉，造成進(jìn)汽流量減小，轉(zhuǎn)速異常下降。

2.2 2A、2B調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度同轉(zhuǎn)速下偏差較大原因

自2021年2月20日以來(lái)，未出現(xiàn)調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)大后轉(zhuǎn)速突降的現(xiàn)象，是因?yàn)?A調(diào)節(jié)汽閥中的2號(hào)閥芯導(dǎo)向桿處在圖3(2)中，閥芯導(dǎo)向桿處于偏斜狀態(tài)未回正落下(此位置接近于2號(hào)閥全開(kāi)狀態(tài))，2號(hào)調(diào)節(jié)汽閥的進(jìn)汽量未明顯減少，調(diào)速系統(tǒng)發(fā)出關(guān)小2A調(diào)節(jié)汽閥指令，才能維持速度的正常調(diào)節(jié)，這就擴(kuò)大了2A、2B在同轉(zhuǎn)速下調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度偏差值從原始的3%增加到10%左右。當(dāng)速度進(jìn)一步升高時(shí)，達(dá)到第3號(hào)閥門(mén)開(kāi)始參與調(diào)速的開(kāi)度，第2號(hào)閥已經(jīng)不參與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，第2號(hào)閥芯導(dǎo)向桿在運(yùn)行期間是否回正，對(duì)轉(zhuǎn)速的影響都不大。因此，出現(xiàn)2A、2B調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度偏差大的新問(wèn)題，是因?yàn)閳D3中第2個(gè)閥芯導(dǎo)桿懸掛的影響。

圖3 給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥閥芯異常狀況動(dòng)態(tài)分析圖

圖4 給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥閥座凸出，閥芯偏斜造成關(guān)閉時(shí)進(jìn)汽增加

綜上所述，給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥根據(jù)轉(zhuǎn)速指令，1號(hào)到5號(hào)順序依次打開(kāi)。圖5所示為給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥1號(hào)閥門(mén)全開(kāi)及2號(hào)未開(kāi)時(shí)的正常狀態(tài)示意圖。由于調(diào)節(jié)汽閥閥座與進(jìn)汽室母材材質(zhì)不一致，閥座材質(zhì)為ZG20CrMoV，進(jìn)汽室母材材質(zhì)為15MoG，進(jìn)汽室與閥座的金屬熱膨脹系數(shù)不同，在給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行的熱態(tài)情況下，金屬溫度受進(jìn)汽溫度影響，插裝在進(jìn)汽室的閥座與母材產(chǎn)生熱膨脹偏移，閥座熱膨脹凸起因此調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)汽異常，是造成本次調(diào)速系統(tǒng)異常的原因。

圖5 給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥1號(hào)閥門(mén)全開(kāi)及2號(hào)未開(kāi)時(shí)的正常狀態(tài)示意圖

3 缺陷處理

利用機(jī)組檢修期間對(duì)2A給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥解體檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)2號(hào)閥座凸起，凸起高度達(dá)12.6 mm。2號(hào)閥座凸起現(xiàn)場(chǎng)狀況如圖6所示。解體情況與上述原因分析一致，驗(yàn)證了閥座凸起造成了給水泵汽輪機(jī)調(diào)速失常的原因?，F(xiàn)場(chǎng)使用干冰將其冷卻收縮，然后用千斤頂將其頂回原位，所有閥座采用點(diǎn)固焊來(lái)約束熱膨脹凸起。

圖6 2號(hào)閥座凸起現(xiàn)場(chǎng)狀況

缺陷處理完成后，2A給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)性能恢復(fù)正常。2A給水泵汽輪機(jī)掛閘時(shí)(速關(guān)閥全開(kāi)，調(diào)節(jié)汽閥未開(kāi)啟狀態(tài))，給水泵汽輪機(jī)盤(pán)車轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在300 r/min，未出現(xiàn)異常升速現(xiàn)象。2A給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)，2A調(diào)節(jié)汽閥指令從22.0%增加至25%，實(shí)際轉(zhuǎn)速?gòu)? 791 r/min上升至3 815 r/min，升速性能正常。經(jīng)過(guò)比對(duì)分析，在相同的轉(zhuǎn)速3 791 r/min，修前對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度為26.38%，修后開(kāi)度恢復(fù)到22%，根據(jù)調(diào)節(jié)汽閥流量特性曲線，對(duì)應(yīng)給水泵汽輪機(jī)的進(jìn)汽量從3.335 kg/s降低到2.102 kg/s，在上述273 MW負(fù)荷條件下，查閱給水泵汽輪機(jī)的進(jìn)汽焓值約為3 228 kJ/kg，2A給水泵汽輪機(jī)單位時(shí)間內(nèi)可節(jié)約3 980.12 kW的熱耗量。

4 結(jié)語(yǔ)

調(diào)節(jié)汽閥是給水泵汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，由于調(diào)節(jié)汽閥的閥座與進(jìn)汽室金屬的材質(zhì)和熱膨脹系數(shù)不相同，調(diào)節(jié)汽閥的閥座在熱態(tài)情況下會(huì)產(chǎn)生膨脹凸起，致使給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽量與調(diào)節(jié)汽閥對(duì)應(yīng)開(kāi)度不匹配，從而引起給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)性能異常。

結(jié)合解體檢查調(diào)節(jié)汽閥，證實(shí)了調(diào)節(jié)汽閥閥座凸起是造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)異常的原因，并通過(guò)采取干冰冷裝閥座，點(diǎn)固焊約束閥座運(yùn)行期間產(chǎn)生熱位移等工藝措施，消除了調(diào)節(jié)汽閥異常引起調(diào)速性能異常的故障。針對(duì)本次解體檢查情況，對(duì)于同類機(jī)型的調(diào)節(jié)汽閥應(yīng)列入定期檢查工作項(xiàng)目，及時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)汽閥異常的隱患，采取防熱膨脹的措施以保證給水調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定可靠。