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600MW汽輪機(jī)主汽閥故障造成汽輪機(jī)單側(cè)進(jìn)汽的判斷與分析

2019-03-13

胡洲/文
（浙江電科院）

　　1　設(shè)備簡(jiǎn)介

　　某汽輪機(jī)組是上海汽輪機(jī)生產(chǎn)的600MW亞臨界、單軸、四缸、四排汽、中間再熱、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組型號(hào)為N600－16.7/538/538。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，主汽閥卡澀問題并不常見，表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象也不是很典型，有時(shí)很難準(zhǔn)確判斷，但如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，機(jī)組的安全運(yùn)行將會(huì)受到嚴(yán)重威脅。

　　2　故障描述

　　該機(jī)組對(duì)汽輪機(jī)高壓主汽閥進(jìn)行了改造，由杠桿式連接全部改為直連式。機(jī)組A修后重新啟動(dòng)，機(jī)組并網(wǎng)后利用單閥控制模式升負(fù)荷。當(dāng)負(fù)荷升至311 MW 時(shí)，汽輪機(jī)1 號(hào)瓦T1/T2 點(diǎn)溫度達(dá)到84.66℃/98.79℃，而該機(jī)組A修前相同負(fù)荷工況時(shí)汽輪機(jī)1 號(hào)瓦溫T1/T2 僅為78.54℃/86.24℃。對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組A修后汽輪機(jī)1 號(hào)瓦溫出現(xiàn)了明顯偏高問題，#1瓦瓦溫比A修前升高了12.55℃。

　　由于機(jī)組在A 修期間對(duì)汽輪機(jī)1 號(hào)瓦曾進(jìn)行解體檢修，并按照標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行了裝復(fù)，因此基本可以排除1號(hào)瓦存在軸瓦損傷或安裝工藝不規(guī)范的情況。直觀判斷，可能是汽輪機(jī)1 號(hào)瓦的承重力發(fā)生了改變，導(dǎo)致1號(hào)瓦軸承的承重力比A修前有所增大。

　　3　故障分析

　　3.1轉(zhuǎn)子受力分析

　　機(jī)組1號(hào)高壓主汽閥控制汽輪機(jī)左側(cè)的1號(hào)與3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥，2號(hào)高壓主汽閥控制汽輪機(jī)右側(cè)的2號(hào)與4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥。圖1為汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子受力分析圖。

圖1 高壓轉(zhuǎn)子汽流受力分析簡(jiǎn)圖

　　可以看出，轉(zhuǎn)子y方向向下所受到的汽流力為：Fqy＝by＋dy－ay－cy，當(dāng)機(jī)組采用單閥進(jìn)汽時(shí)，4個(gè)高調(diào)閥的進(jìn)汽開度是一致的，因此轉(zhuǎn)子y方向向下所受到的汽流力（by＋dy）與y方向向上所受到的汽流力（ay＋cy）應(yīng)該處于平衡狀態(tài)，理論上Fqy＝0，若出現(xiàn)汽輪機(jī)左側(cè)進(jìn)汽流量小于右側(cè)進(jìn)汽流量的情況時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子左右側(cè)所收到的蒸汽力必然會(huì)發(fā)生變化，by＋dy> ay＋cy，轉(zhuǎn)子 y方向向下的所受到的汽流力必然增大Fqy> 0，很顯然，這會(huì)造成汽輪機(jī)#1瓦y方向受力增大，瓦溫升高。

　　根據(jù)上述推斷，分析認(rèn)為造成汽輪機(jī)1號(hào)瓦溫偏高的原因，很可能是機(jī)組在單閥方式下運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)左側(cè)進(jìn)汽流量小于右側(cè)進(jìn)汽流量，造成1 號(hào)瓦下半部左右兩個(gè)側(cè)面的軸瓦承受力均較A修前有所增大，T1/T2點(diǎn)的瓦溫偏高。因此，初步判斷1號(hào)或3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥沒有打開，或者1號(hào)高壓主汽閥未全開，為此進(jìn)行了下列試驗(yàn)。

　　3.2 關(guān)閥試驗(yàn)

　　機(jī)組協(xié)調(diào)控制撤出、負(fù)荷275 MW、汽輪機(jī)單閥狀態(tài)，各高壓調(diào)節(jié)閥開度為30%，以每次1%的幅度關(guān)小3 號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥，觀察機(jī)組負(fù)荷反應(yīng)。結(jié)果表明，在3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的過程中，機(jī)組負(fù)荷、主蒸汽壓力均沒有明顯變化，直到全關(guān)；3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥全關(guān)后，關(guān)小1、2、4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥任一閥門到27%左右，機(jī)組負(fù)荷下降明顯，約降低5 MW。初步判斷，3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥可能存在閥碟脫落的問題，或3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥后的調(diào)節(jié)級(jí)區(qū)域發(fā)生了堵塞。

　　3.3 升負(fù)荷試驗(yàn)

　　手動(dòng)關(guān)閉3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥，機(jī)組緩慢升負(fù)荷到438 MW，此時(shí)4 個(gè)調(diào)節(jié)閥開度分別為100%/29%/0/100%，主蒸汽壓力16.5 MPa。直觀分析，在此壓力與調(diào)閥開度下，負(fù)荷偏低。查A修前運(yùn)行數(shù)據(jù)，在主蒸汽壓力14.7 MPa，4 個(gè)調(diào)節(jié)閥開度分別為100%/0/0/100%時(shí)，機(jī)組負(fù)荷為400MW，折算到主蒸汽壓力16.5 MPa 時(shí)，對(duì)應(yīng)的負(fù)荷應(yīng)為446 MW，即之前“兩閥全開、兩閥全關(guān)”對(duì)應(yīng)的負(fù)荷比現(xiàn)在閥門狀態(tài)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷還要高，這說明機(jī)組的通流部分確實(shí)存在問題。

　　經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)組1號(hào)高壓主汽閥閥體溫度要比2號(hào)高壓主汽閥閥體溫度低10℃。

　　綜合以上判斷，初步分析認(rèn)為，造成上述現(xiàn)象的原因?yàn)椋簷C(jī)組1號(hào)高壓主汽閥閥蝶脫落或其后的3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥閥碟脫落；或是1 號(hào)高壓主汽閥前的進(jìn)汽管及進(jìn)汽濾網(wǎng)、3 號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥后的導(dǎo)汽管及其后的調(diào)節(jié)級(jí)區(qū)域發(fā)生了堵塞。

　　3.4 檢查情況

　　在機(jī)組停運(yùn)后，對(duì)3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了解體檢查，未發(fā)現(xiàn)其閥碟脫落；檢查1號(hào)高壓主汽閥前的進(jìn)汽管及進(jìn)汽濾網(wǎng)、3 號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥后的導(dǎo)汽管及其后的調(diào)節(jié)級(jí)區(qū)域，未發(fā)現(xiàn)堵塞。

　　對(duì)1 號(hào)高壓主汽閥解體，檢查發(fā)現(xiàn)：預(yù)啟閥開啟100 mm 以上時(shí)，高壓主汽閥主閥蝶仍然未動(dòng)，而高壓主汽閥的閥門行程是188 mm，這顯然與實(shí)際開啟時(shí)高壓主汽閥主閥蝶的開啟點(diǎn)位置不符合，表明1號(hào)高壓主汽閥的閥蝶已經(jīng)脫落，拆除閥桿和1號(hào)高壓主汽閥的主閥蝶后，發(fā)現(xiàn)1號(hào)高壓主汽閥內(nèi)用于帶動(dòng)開啟主閥蝶的內(nèi)套筒已經(jīng)全部脫落，如圖2所示。因此，機(jī)組運(yùn)行過程中1號(hào)高壓主汽閥開啟時(shí)，其主閥閥碟未能全部打開，僅僅有少量蒸汽通過預(yù)啟閥和未全開的主閥進(jìn)入高壓缸，造成汽輪機(jī)單側(cè)進(jìn)汽，檢查結(jié)果與故障分析相符。

圖2 高主閥主閥碟與套筒

　　4　處理方法

　　該機(jī)組高壓主汽閥設(shè)計(jì)為直連式結(jié)構(gòu)，整個(gè)高壓主汽閥采用水平方式安裝，主閥蝶和內(nèi)套筒采用螺旋式安裝方式，其安裝工藝為：在內(nèi)套筒全部旋入主閥蝶后，再將主閥蝶內(nèi)壁邊緣的幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行鉚邊，利用內(nèi)套筒與主閥蝶的螺紋來(lái)承受高壓主汽閥的開啟壓力，利用鉚邊來(lái)對(duì)內(nèi)套筒進(jìn)行定位和限位。從現(xiàn)場(chǎng)檢查的情況看，原有的鉚邊已經(jīng)全部脫落，在不修正凹凸不平的鉚邊的情況下，內(nèi)套筒已可以在主閥蝶內(nèi)自由裝復(fù)和拆卸。

　　分析主閥蝶內(nèi)套筒脫落的原因：由于高壓主汽閥采用水平方式安裝，閥桿較長(zhǎng)，在高壓主汽閥整體裝復(fù)后，閥桿可能與內(nèi)套筒不同心，造成內(nèi)套筒的水平下半部的螺紋壁受到向下的壓力，在高壓主汽閥閥桿移動(dòng)或者是在機(jī)組打閘突然關(guān)閉高壓主汽閥時(shí)，高壓主汽閥內(nèi)套筒的鉚邊可能受到了振動(dòng)、壓力或者沖擊力，導(dǎo)致鉚邊脫落，主閥蝶內(nèi)的內(nèi)套筒在鉚邊脫落后由于蒸汽力或閥體振動(dòng)等原因產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)，Z后整體從主閥蝶中脫落，使主閥蝶無(wú)法開啟，造成汽輪機(jī)單側(cè)進(jìn)汽。

　　高壓主汽閥主閥蝶內(nèi)套筒脫落后，高壓主汽閥主閥蝶處于自由狀態(tài)，高壓主汽閥閥桿向開啟方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，預(yù)啟閥開啟到一定位置碰到限位的主閥蝶內(nèi)套筒后只能帶動(dòng)內(nèi)套筒一起向開閥方向運(yùn)動(dòng)，高壓主汽閥主閥碟停留在原來(lái)的位置不會(huì)移動(dòng)。當(dāng)機(jī)組打閘時(shí)，預(yù)啟閥會(huì)頂住主閥蝶，帶動(dòng)主閥蝶一起快速關(guān)閉，因此高壓主汽閥主閥蝶脫落不會(huì)對(duì)高壓主汽閥的快速關(guān)閉能力造成影響，僅僅影響高壓主汽閥的開啟程度，但通過對(duì)高壓主汽閥的主蒸汽流量產(chǎn)生影響，Z終會(huì)造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子受力變化，影響到軸瓦的溫度與轉(zhuǎn)子振動(dòng)。

　　現(xiàn)場(chǎng)對(duì)脫落的主閥碟和內(nèi)套筒重新進(jìn)行了裝復(fù)，原設(shè)計(jì)中內(nèi)套筒限位功能暫無(wú)法改進(jìn)，內(nèi)套筒重新裝復(fù)后，對(duì)鉚邊部位進(jìn)行了仔細(xì)加工，增加了鉚邊點(diǎn)數(shù)及鉚邊強(qiáng)度，加強(qiáng)對(duì)內(nèi)套筒防轉(zhuǎn)限制。經(jīng)過上述處理之后，主閥碟和內(nèi)套筒易脫落的問題得以解決。

　　5　結(jié)論與建議

　　汽輪機(jī)軸瓦溫度發(fā)生異常的原因很多，汽輪機(jī)進(jìn)汽通流面積發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力不平衡，汽門進(jìn)汽方式不正常、配汽方式不合理是其中的一個(gè)重要原因。汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力不平衡，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子受力不均，造成軸瓦溫度偏高、軸承振動(dòng)高等現(xiàn)象。檢查確認(rèn)汽門正常的進(jìn)汽方式，優(yōu)化合理的配汽方式，有利于改善汽輪機(jī)軸瓦瓦溫、降低軸承振動(dòng)。

　　直連式高壓主汽閥與杠桿式高壓主汽閥結(jié)構(gòu)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、便于安裝和檢修等特點(diǎn)，但由于安裝工藝中鉚邊工藝不成熟或者實(shí)際鉚邊時(shí)鉚得太淺，運(yùn)行中容易造成高壓主汽閥主閥蝶與套筒脫落的現(xiàn)象，建議制造廠優(yōu)化鉚邊工藝細(xì)節(jié)，或改進(jìn)安裝工藝，將鉚邊工藝改為銷子限位工藝，防止高壓主汽閥主閥蝶內(nèi)套筒位置不固定，在運(yùn)行中逐漸與主閥脫落的現(xiàn)象再次發(fā)生。

　　機(jī)組在運(yùn)行過程中，應(yīng)適時(shí)安排高壓調(diào)節(jié)閥全行程活動(dòng)性試驗(yàn)，并對(duì)機(jī)組各負(fù)荷段的運(yùn)行參數(shù)和高壓調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行詳細(xì)記錄和對(duì)比，提早發(fā)現(xiàn)高壓主汽閥閥蝶脫落的事故隱患，保障機(jī)組的安全運(yùn)行。

（來(lái)源：汽機(jī)監(jiān)督）