某廠二次再熱機(jī)組汽門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)總結(jié)及探討

胡中強(qiáng)

中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東電力試驗(yàn)研究院

0 引言

隨著我國(guó)電力工業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)1 000 MW甚至更大容量的機(jī)組越來(lái)越多，包含二次再熱等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，其中以上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的1 000 MW 容量、二次再熱、超超臨界機(jī)組為代表。雖然目前國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)或在建的該類型汽輪機(jī)已不少，但就整個(gè)占比來(lái)說(shuō)，數(shù)量仍然較為稀少。且很多機(jī)組運(yùn)行時(shí)間短，與其配套的設(shè)備選項(xiàng)、參數(shù)匹配等方面還處于摸索階段，許多細(xì)節(jié)存在著值得我們思考和重視的問(wèn)題，其中就包括汽輪機(jī)的汽門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)。

1 汽門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)

對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組而言，最可怕的事故之一就是機(jī)組超速。而對(duì)汽輪機(jī)而言，由于其唯一的動(dòng)力源是來(lái)自鍋爐的高溫高壓蒸汽，故控制進(jìn)入汽輪機(jī)的高溫高壓蒸汽流量是防止機(jī)組超速的關(guān)鍵，而控制設(shè)備就是汽輪機(jī)的各個(gè)汽閥。為此，為了防止汽輪機(jī)超速事故的發(fā)生，設(shè)備制造企業(yè)和發(fā)電運(yùn)行企業(yè)都針對(duì)汽閥制訂了各種防范措施和相關(guān)規(guī)定。國(guó)家能源局2014 年發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中就明確指出了應(yīng)堅(jiān)持按規(guī)程要求進(jìn)行包括閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)在內(nèi)的多項(xiàng)測(cè)試或試驗(yàn)工作，這些測(cè)試或試驗(yàn)工作的最終目的就是確保汽閥在機(jī)組發(fā)生異常狀態(tài)時(shí)可迅速、有效、嚴(yán)密的關(guān)閉，切斷汽輪機(jī)進(jìn)汽，確保汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)發(fā)生異常飛升。但由于受限于機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，尤其是長(zhǎng)周期運(yùn)行的機(jī)組，無(wú)法定期開(kāi)展在線汽門(mén)關(guān)閉時(shí)間測(cè)試、汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)等工作，僅有汽門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)可以在線進(jìn)行，因此，汽門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)在防止機(jī)組超速事故工作中起到了不可替代的作用[1]。

2 某廠機(jī)組汽門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)工作總結(jié)

2.1 設(shè)備概況

某廠為該發(fā)電集團(tuán)首臺(tái)1 000 MW 容量、二次再熱、超超臨界機(jī)組。機(jī)組的鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造的超超臨界壓力、HG-2764/33．5/605/623/623-YM2 二 次 再 熱、變 壓 運(yùn)行、帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的單爐膛雙切圓直流π 型鍋爐，該型號(hào)是哈爾濱鍋爐廠的首臺(tái)。汽輪機(jī)為上海電氣集團(tuán)股份有限公司制造的，型號(hào)為N1000-31/600/620/620 的超超臨界、二次中間再熱、五缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)，給水泵汽輪機(jī)設(shè)有獨(dú)立的凝汽器。該型號(hào)汽輪機(jī)與國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的同類型機(jī)組所用汽輪機(jī)為同型號(hào)產(chǎn)品。

機(jī)組旁路系統(tǒng)為室內(nèi)布置，采用三級(jí)串聯(lián)方式，共設(shè)有1 個(gè)45% BMCR 的高壓旁路閥、2 個(gè)共50%容量的中壓旁路閥和2 個(gè)共50%容量的低壓旁路閥。

汽輪機(jī)設(shè)置兩個(gè)超高壓、兩個(gè)高壓及兩個(gè)中壓聯(lián)合汽門(mén)。主汽門(mén)和調(diào)門(mén)放置在共用的閥體內(nèi)，但具有各自的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，聯(lián)合汽門(mén)布置在汽缸兩側(cè)。機(jī)組不設(shè)調(diào)節(jié)級(jí)，采用切向進(jìn)汽和全周進(jìn)汽兩種進(jìn)汽方式。

2.2 自動(dòng)汽閥閥門(mén)試驗(yàn)ATT 簡(jiǎn)述

機(jī)組的汽門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)又稱為自動(dòng)汽閥閥門(mén)試驗(yàn)（ATT 試驗(yàn)），設(shè)計(jì)上為全過(guò)程全自動(dòng)，即運(yùn)行人員僅需點(diǎn)擊控制畫(huà)面中的試驗(yàn)開(kāi)始按鈕，其控制程序會(huì)自動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)[2]。試驗(yàn)共分八組，簡(jiǎn)單描述試驗(yàn)過(guò)程就是目標(biāo)側(cè)閥門(mén)會(huì)成組自動(dòng)動(dòng)作，試驗(yàn)過(guò)程中目標(biāo)側(cè)汽閥或調(diào)閥會(huì)始終保持其中一個(gè)關(guān)閉，另一個(gè)完成試驗(yàn)動(dòng)作，交替進(jìn)行，部分順控步驟見(jiàn)圖1。

圖1 ATT 試驗(yàn)部分順控步驟

該試驗(yàn)意味著在試驗(yàn)過(guò)程中汽輪機(jī)始終處于單側(cè)進(jìn)汽狀態(tài)，表明汽輪機(jī)本體在設(shè)計(jì)過(guò)程中已充分考慮到該試驗(yàn)工況，即汽輪機(jī)允許在單側(cè)進(jìn)汽狀態(tài)下維持運(yùn)行。

2.3 試驗(yàn)異常及處理

該機(jī)組在基建調(diào)試階段，調(diào)試人員發(fā)現(xiàn)ATT 試驗(yàn)存在異常，采用常規(guī)試驗(yàn)方法無(wú)法正常進(jìn)行。在以往同類型試驗(yàn)中，最常見(jiàn)的問(wèn)題是DEH 系統(tǒng)中的防卡澀邏輯判斷出錯(cuò)或由于EH 油質(zhì)較差而導(dǎo)致伺服閥發(fā)生卡澀，最終導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，為此，該工程在試驗(yàn)前已根據(jù)上述問(wèn)題修改了相應(yīng)的邏輯，并確保油質(zhì)的合格。但是，由于該機(jī)組的鍋爐設(shè)計(jì)為國(guó)內(nèi)首臺(tái)，鍋爐汽水系統(tǒng)和機(jī)爐間管路布局在設(shè)計(jì)上與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)存在一定差別，其中之一就是鍋爐高壓再熱器和低壓再熱器區(qū)域均未設(shè)計(jì)混合聯(lián)合管路，如圖2 和圖3 所示。若采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行ATT 試驗(yàn)，鍋爐存在單側(cè)干燒和憋壓等風(fēng)險(xiǎn)。

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)單位和調(diào)試單位的核算，在設(shè)計(jì)和選型階段，該機(jī)組旁路系統(tǒng)雖然設(shè)計(jì)為1 個(gè)45% BMCR 高壓旁路閥、2個(gè)共50%容量中壓旁路閥及2個(gè)共50%容量低壓旁路閥，但其冗余量較大，最大安全容量為60%以下負(fù)荷。據(jù)此，最終確定了初步的試驗(yàn)方案，即試驗(yàn)改為調(diào)整機(jī)組負(fù)荷控制在50%左右進(jìn)行，其超高壓缸汽閥仍采用常規(guī)方式進(jìn)行ATT試驗(yàn)，而高壓缸汽閥和中壓缸汽閥采用開(kāi)啟汽輪機(jī)旁路閥方式實(shí)現(xiàn)ATT 試驗(yàn)。試驗(yàn)按組進(jìn)行，每次進(jìn)行1 個(gè)單側(cè)汽機(jī)閥門(mén)的ATT 試驗(yàn)，如做高壓缸進(jìn)汽閥ATT 試驗(yàn)時(shí)，在汽門(mén)關(guān)閉時(shí)，同步開(kāi)啟該側(cè)中壓旁路閥；做中壓缸進(jìn)汽閥ATT 試驗(yàn)時(shí)，在汽門(mén)關(guān)閉時(shí)，同步開(kāi)啟該側(cè)低壓旁路閥。汽機(jī)進(jìn)汽閥重新開(kāi)啟前，控制旁路閥開(kāi)度，跟蹤旁路閥后壓力，使其保持另一側(cè)管道壓力相同。

試驗(yàn)過(guò)程中，在滑壓控制機(jī)組負(fù)荷維持在50%左右后，盡量降低機(jī)組參數(shù)，隨后手動(dòng)逐漸開(kāi)啟各旁路閥門(mén)，同時(shí)嚴(yán)格監(jiān)視汽動(dòng)給水泵等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，待機(jī)組基本穩(wěn)定后，點(diǎn)擊ATT 試驗(yàn)按鈕，試驗(yàn)順利完成。

圖2 高壓再熱器示意圖

圖3 低壓再熱器示意圖

3 總結(jié)與探討

汽閥活動(dòng)試驗(yàn)作為機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中唯一可以在線開(kāi)展的汽閥試驗(yàn)，對(duì)確保機(jī)組防超速事故的發(fā)生有著重大的意義，任何一臺(tái)機(jī)組在長(zhǎng)周期運(yùn)行過(guò)程中都應(yīng)堅(jiān)持定期開(kāi)展該試驗(yàn)。該項(xiàng)目所采用的汽輪機(jī)目前國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)數(shù)量較少，配套的鍋爐也是國(guó)內(nèi)首臺(tái)，因此，調(diào)試過(guò)程中暴露出了很多問(wèn)題，尤其是在交叉設(shè)備的專業(yè)設(shè)計(jì)與選型上有很多值得反思之處。

該機(jī)組的汽閥活動(dòng)試驗(yàn)存在兩個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題：一是在設(shè)計(jì)階段沒(méi)有充分考慮主設(shè)備的交叉配合，導(dǎo)致ATT 試驗(yàn)無(wú)法正常進(jìn)行。雖然目前可以采用旁路系統(tǒng)配合調(diào)整的方法開(kāi)展，但其試驗(yàn)負(fù)荷和參數(shù)明顯受限，且頻繁開(kāi)啟旁路門(mén)配合ATT 試驗(yàn)很容易導(dǎo)致旁路閥門(mén)因反復(fù)沖刷而內(nèi)漏，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組在長(zhǎng)周期運(yùn)行中經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)下降，機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性發(fā)生明顯的沖突。二是在設(shè)計(jì)和選型階段僅考慮汽閥全行程活動(dòng)試驗(yàn)，而未考慮汽閥的部分行程活動(dòng)試驗(yàn)，例如該機(jī)組，由于其控制系統(tǒng)的高度集成化和自動(dòng)化的特點(diǎn)，后期需要在DEH 系統(tǒng)中新增相應(yīng)的控制邏輯并加以驗(yàn)證，才能開(kāi)展汽閥部分行程活動(dòng)試驗(yàn)。此外，部分行程試驗(yàn)中，汽閥最小開(kāi)度和動(dòng)作順序仍有待驗(yàn)證。

調(diào)試是對(duì)一臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)、選型、施工和運(yùn)行的驗(yàn)證，調(diào)試的總結(jié)也是對(duì)其全過(guò)程的反思與總結(jié)，該機(jī)組所暴露出來(lái)的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)較為罕見(jiàn)，但通過(guò)改善和改進(jìn)也得到了解決。