汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)汽閥突然關(guān)閉的原因分析及處理方法

薛曙光，魏海姣，屈 堯

（1.京能集團(tuán)山西京能呂臨發(fā)電有限公司，山西呂梁 033000；2.北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124；3.內(nèi)蒙古和林發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011517）

0 引言

高壓調(diào)節(jié)汽閥作為控制汽輪機(jī)進(jìn)汽的關(guān)鍵設(shè)備，其啟閉和調(diào)節(jié)過程是通過作用在油動(dòng)機(jī)油缸內(nèi)的高壓抗燃油和彈簧進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制部件主要由油動(dòng)機(jī)、卸荷閥、伺服閥、節(jié)流孔、線性位移傳感器、單向閥及其附屬設(shè)備組成[1-3]。通過計(jì)算機(jī)處理后發(fā)出的電信號(hào)在伺服機(jī)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行放大，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為液壓信號(hào)，通過伺服閥的二級(jí)滑閥放大機(jī)構(gòu)控制油動(dòng)機(jī)高壓抗燃油的供油量，從而對(duì)高壓調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)行可控調(diào)節(jié)，起到電網(wǎng)負(fù)荷靈活快速的調(diào)節(jié)功能。當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生故障需要緊急停機(jī)時(shí)，卸荷閥上腔內(nèi)的安全油泄掉，高壓油經(jīng)卸荷閥下腔回至壓力回油，高壓調(diào)節(jié)汽閥在彈簧力作用下迅速關(guān)閉，起到緊急制動(dòng)、避免飛車的安全保護(hù)功能。

汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，各進(jìn)汽閥因蒸汽參數(shù)波動(dòng)及試驗(yàn)等因素的變化，發(fā)生自行關(guān)閉、機(jī)械卡澀或者連接螺栓斷裂，也因高壓抗燃油油質(zhì)和伺服閥、卸荷閥AST 電磁閥及OPC 電磁閥等設(shè)備出現(xiàn)故障的影響，不可避免地導(dǎo)致調(diào)節(jié)汽閥在參與調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象[4]。本文就某電廠N600-16.7/538/538 型機(jī)組運(yùn)行中高壓調(diào)節(jié)汽閥突然關(guān)閉現(xiàn)象進(jìn)行分析和處理。

1 高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟處理簡介

2017 年7 月9 日，某電廠1 號(hào)機(jī)組B 級(jí)檢修結(jié)束，熱工專業(yè)對(duì)主機(jī)保護(hù)進(jìn)行傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥在開啟過程中，開度在50%左右時(shí)突然關(guān)閉，后多次發(fā)送指令閥門并無響應(yīng)。將卸荷閥和伺服閥依次進(jìn)行更換后，傳動(dòng)均仍無法開啟該高壓調(diào)節(jié)汽閥，進(jìn)一步對(duì)高壓油至卸荷閥上腔的節(jié)流孔進(jìn)行清理后，高壓調(diào)節(jié)汽閥啟閉功能恢復(fù)正常。

2 高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟的原因分析及處理方法

2.1 高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟的主要因素

造成汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟的主要原因通常有以下幾方面。

a）設(shè)備機(jī)械卡澀，部套損傷導(dǎo)致過力矩，使高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟。

b）伺服閥故障，引發(fā)油動(dòng)機(jī)壓力油異常，無法克服彈簧力矩，導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟。

c）卸荷閥故障，系統(tǒng)高壓油泄壓，低于油動(dòng)機(jī)允許的最小啟動(dòng)油壓，導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟。

根據(jù)上述分析，結(jié)合實(shí)際情況，工作人員采用千斤頂壓縮、釋放高壓調(diào)節(jié)汽閥彈簧力，高壓調(diào)節(jié)汽閥可正常上下活動(dòng)，排除了高壓調(diào)節(jié)汽閥發(fā)生機(jī)械卡澀的可能。因此，以下對(duì)卸荷閥、伺服閥和油動(dòng)機(jī)引起的高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟的原因進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.2 卸荷閥故障原因分析及處理方法

該類型機(jī)組投產(chǎn)后，發(fā)生過幾次高壓調(diào)節(jié)汽閥突然關(guān)閉無法開啟的事故，現(xiàn)場解體檢查發(fā)現(xiàn)卸荷閥導(dǎo)向組件斷裂，無法維持卸荷閥上腔安全油壓，高壓油通過下腔泄回到壓力回油，導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)汽閥突然關(guān)閉。這是因?yàn)闄C(jī)組在頻繁升降負(fù)荷中，高壓油流量發(fā)生瞬息交替改變，伴隨著壓力發(fā)生波動(dòng)，卸荷閥閥芯受雙向?qū)_力的影響，引發(fā)密封組件金屬疲勞，導(dǎo)致設(shè)備最小截面處應(yīng)力集中。在閥門嚴(yán)密性試驗(yàn)或突然大流量調(diào)節(jié)時(shí)，使得設(shè)備發(fā)生疲勞斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)汽閥突然關(guān)閉，無法開啟。

在對(duì)此類事故處理中發(fā)現(xiàn)卸荷閥閥護(hù)套為一體成型件，閥桿和承壓盤加工工藝為切槽，使得根部局部為應(yīng)力集中區(qū)（斷裂位置），當(dāng)單位面積承受的外力達(dá)到某一個(gè)極限值，必然對(duì)設(shè)備材料造成破壞。為了提高設(shè)備斷裂處機(jī)械強(qiáng)度，通過改變根部加工工藝，將切槽改為倒角，加大了橫截面積，提高了設(shè)備材料的屈服強(qiáng)度，從而有效地解決了卸荷閥因加工工藝導(dǎo)致的材料強(qiáng)度低的問題。

綜合上述分析，對(duì)卸荷閥進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)卸荷閥出現(xiàn)疲勞斷裂現(xiàn)象，故排除卸荷閥導(dǎo)致的高壓調(diào)節(jié)汽閥突然關(guān)閉的原因。

2.3 伺服閥故障原因分析及處理方法

伺服閥故障中機(jī)械卡澀居多，伺服閥卡澀本質(zhì)原因是油品質(zhì)量不合格。當(dāng)高壓抗燃油油品質(zhì)量惡化后，油中大顆粒物增多，將減少或阻隔伺服閥供油流量，污染物進(jìn)入節(jié)流孔、噴嘴或閥芯等部位，會(huì)導(dǎo)致伺服閥閥芯卡澀，進(jìn)而造成高壓調(diào)節(jié)汽閥突然關(guān)閉事件。

由于該機(jī)組伺服閥前設(shè)置有7 μm 過濾器，伺服閥內(nèi)部也設(shè)有5 μm 的防護(hù)過濾器，閥芯加工精度為微米級(jí)，與閥套的配合間隙為2～4 μm，經(jīng)化驗(yàn)高壓抗燃油系統(tǒng)油品質(zhì)量低于NAS 5 級(jí)，排除了伺服閥卡澀導(dǎo)致的高壓調(diào)節(jié)汽閥突然關(guān)閉的原因。

2.4 油動(dòng)機(jī)油缸內(nèi)泄量大的原因及處理方法

自EH 油泵供的高壓油可由2 條通路回至壓力回油。其一為高壓油—伺服閥—壓力回油；其二為高壓油—伺服閥—卸荷閥—壓力回油。另外，若油動(dòng)機(jī)活塞與活塞桿發(fā)生脫落，或活塞與油缸間隙過大，均可導(dǎo)致大量泄油，回至壓力回油。以上問題均可導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟。

汽輪機(jī)掛閘后，分別檢查EH 油母管油壓，AST、OPC 和ASP 油壓，及2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟時(shí)的EH 油母管油壓，監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 系統(tǒng)油壓監(jiān)測數(shù)據(jù)

由表1 可知，2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟的各油壓明顯低于汽輪機(jī)掛閘后的油壓，說明存在大量泄油。如2.1 和2.2 節(jié)所述，已排除卸荷閥和伺服閥損壞的原因，需檢查油動(dòng)機(jī)是否存在泄油量大的問題。

根據(jù)油壓下降現(xiàn)象認(rèn)為，油動(dòng)機(jī)油缸內(nèi)活塞與活塞桿發(fā)生脫落，或活塞與油缸間隙過大導(dǎo)致大量泄油，高壓油作用在油缸活塞表面的壓力無法克服彈簧力，造成2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟。

通過分析油缸上腔表面與供油管路溫度變化確定油缸內(nèi)是否發(fā)生泄漏。測量得到油缸上腔溫度27.6 ℃、供油管路溫度35 ℃、油缸上腔出口溫度28 ℃和廠房溫度27.9 ℃。油缸上腔和油缸上腔出口溫度接近于廠房溫度，說明油動(dòng)機(jī)油缸未發(fā)生泄漏。排除油動(dòng)機(jī)油缸內(nèi)泄流量大導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟的原因。

2.5 安全油壓無法建立的原因及處理方法

基于2.4 節(jié)的分析，系統(tǒng)存在大量泄油的唯一途徑為：高壓油—伺服閥—卸荷閥—壓力回油，造成該現(xiàn)象的原因?yàn)榘踩蛪簾o法建立，高壓油經(jīng)卸荷閥下腔直接回到壓力回油，使2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟。

通過測量分析2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥EH 油系統(tǒng)中重要節(jié)點(diǎn)的溫度，以確定油路是否發(fā)生堵塞，進(jìn)而確定造成安全油壓無法建立的原因。表2 為2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥和4 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥各節(jié)點(diǎn)溫差，其溫差計(jì)算見式（1）。

其中，ΔT 為兩測點(diǎn)溫差，℃；T4為4 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥測點(diǎn)溫度，℃；T2為2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥測點(diǎn)溫度，℃。

表2 各測點(diǎn)溫差計(jì)算

由表2 可知，2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥和4 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥EH 油供、回油及濾芯溫度基本相同，管路上自節(jié)流孔后2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥各節(jié)點(diǎn)溫度均大幅低于4 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥各節(jié)點(diǎn)溫度，認(rèn)為節(jié)流孔發(fā)生堵塞，造成油路不通，導(dǎo)致高壓油無法進(jìn)入卸荷閥上腔建立安全油壓。解體節(jié)流孔后，發(fā)現(xiàn)節(jié)流孔內(nèi)存在大小約1 mm 的橡膠快，節(jié)流孔孔徑為0.8 mm，造成節(jié)流孔發(fā)生堵塞，致使OPC 油路不通，高壓油無法進(jìn)入卸荷閥上腔建立安全油壓，經(jīng)伺服閥的高壓油由卸荷閥下腔直接排到壓力回油管路，無法開啟2號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥。將節(jié)流孔內(nèi)橡膠塊清除干凈，并采用氮?dú)鈱?duì)節(jié)流孔進(jìn)行吹掃，重新安裝節(jié)流孔后，2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥開啟正常。

造成此次節(jié)流孔內(nèi)進(jìn)入橡膠塊的原因分析。在7月初，檢修人員對(duì)高壓抗燃油系統(tǒng)的濾芯進(jìn)行更換及油動(dòng)機(jī)入口節(jié)流孔進(jìn)行檢查，檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥節(jié)流孔集成塊的O 型密封圈老化破損，檢修人員將其清理更換，在更換過程中約1 mm 大小的橡膠快遺落在節(jié)流孔內(nèi)，導(dǎo)致節(jié)流孔發(fā)生堵塞，造成油路不通，進(jìn)而發(fā)生2 號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥無法開啟。

3 結(jié)束語

高壓調(diào)節(jié)汽閥是調(diào)節(jié)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的重要設(shè)備之一，其正常開啟及正常線性調(diào)節(jié)是汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要保障。在開展檢修工作時(shí)，除對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的濾芯適當(dāng)進(jìn)行更換外，對(duì)卸荷閥、伺服閥及節(jié)流孔的檢查也勢在必行。在檢修工作的同時(shí)，必須保證檢修現(xiàn)場的干凈整潔，防止顆粒物進(jìn)入系統(tǒng)，堵塞節(jié)流孔，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失[5]。