關(guān)于汽輪機閥門的管理、維護與控制分析

2020-02-01

隨著中國經(jīng)濟發(fā)展，中國對能源的需求日益增加，同時長期消耗煤、石油等不可再生資源，帶來大量的污染和溫室氣體排放，也給環(huán)境造成巨大的壓力，因此，大容量高參數(shù)高效率的汽輪機已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)主流發(fā)展趨勢，由于汽輪機閥門故障通常發(fā)生在機組啟動和發(fā)電過程中，故障因素較多，故障點查找困難，故障處理耗時較長，不僅浪費燃料，還引起推遲并網(wǎng)發(fā)電和發(fā)電量減少，故障嚴(yán)重時可能因閥門失控導(dǎo)致機組跳閘、汽輪機超速等重大事故。
2閥門結(jié)構(gòu)及原理
高參數(shù)進汽閥門一般為高壓主汽閥、高壓調(diào)節(jié)閥和中壓聯(lián)合汽閥。高壓主汽閥和高壓調(diào)節(jié)閥焊接成整體（圖1所示），600MW機組一般為2個主汽閥帶4個調(diào)節(jié)閥，一側(cè)主汽閥為二位開關(guān)型閥門，其余閥門均為調(diào)節(jié)型閥門。閥門開啟由高壓抗燃油油動機驅(qū)動，關(guān)閉則依靠操縱座的彈簧力。
閥門開啟、關(guān)閉過程以高壓調(diào)節(jié)閥為例加以說明，當(dāng)油動機遮斷電磁閥失電時，遮斷電磁閥排油口關(guān)閉，卸載閥上腔室建立高壓安全油壓，卸載閥關(guān)閉，同時關(guān)斷電磁閥在安全油作用下開啟，壓力油經(jīng)關(guān)斷電磁閥到伺服閥前，伺服閥將壓力油引入活塞下腔室，壓力油克服操縱座彈簧力和蒸汽力作用使閥門開啟，同時伺服閥通過接受DEH來的信號控制油缸活塞下的油量調(diào)節(jié)閥門開度。當(dāng)汽輪機停機關(guān)閉閥門時，遮斷電磁閥帶電，排油口打開，高壓安全油壓被卸掉，卸載閥打開，閥門在操縱座彈簧緊力的作用下快速關(guān)閉。
高壓主汽閥閥芯結(jié)構(gòu)如圖2所示，預(yù)啟閥碟與主汽閥碟壓蓋間留有預(yù)啟行程，閥門開啟時，油動機通過主汽閥操縱座帶動閥桿及預(yù)啟閥碟向上運動，預(yù)啟閥碟貼緊閥碟壓蓋后帶動主閥碟向上運動，閥門開啟；閥門關(guān)閉時，油動機高壓安全油失壓，閥桿在操縱座彈簧力的作用下快速向下運動，帶動預(yù)啟閥碟及主汽閥碟向下運動，閥門關(guān)閉。
3閥門故障分析
3.1伺服閥卡澀
高壓抗燃油液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)部伺服閥、電磁閥間隙很小，對油質(zhì)清潔度有較高的要求，調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般要求抗燃油油質(zhì)清潔度達到NAS5級或MOOG2級，汽輪機在試運或檢修后運行初期，往往由于抗燃油清潔度不合格，常出現(xiàn)伺服閥卡澀導(dǎo)致閥門（主要指調(diào)節(jié)型閥門，二位開關(guān)型閥門所配為直動式電磁鐵操作的換向閥）不運作。
3.2十字頭連接失效
個別電廠高壓調(diào)節(jié)閥在試運或投運一段時間后，閥門在機組停機打閘、快速關(guān)閉時出現(xiàn)“卡澀”，遠傳和就地顯示均反饋閥門卡在一定開度無法關(guān)閉到零位現(xiàn)象，以及機組運行過程中當(dāng)某個調(diào)節(jié)閥指令開度發(fā)生變化時，機組負荷卻不隨之變化的故障。
3.3材料問題
不同材料的熱膨脹系數(shù)不一樣，如果材料用錯，可能出現(xiàn)熱態(tài)下閥桿間隙消失，閥門卡澀的故障，制造廠在進行閥門裝配時有著嚴(yán)格的檢查要求，且不同材質(zhì)零件的通用率很低，故這種故障存在的可能性很小，另外，電廠在檢修更換閥芯部件時也同時需要對材質(zhì)進行確認，避免零件錯用或購買到材質(zhì)不合格的產(chǎn)品，閥門解體檢查間隙出現(xiàn)明顯異常時可對相關(guān)零件材質(zhì)進行復(fù)查，排除故障點。
4汽輪機閥門的管理、維護與控制
從故障分析可以看出：汽輪機閥門故障原因主要有伺服機構(gòu)在就地控制方式、接線松動、電磁閥及反饋裝置（LVDT）故障等，針對這些可能存在的故障，開發(fā)一套及時準(zhǔn)確地診斷出故障，并報告故障點的診斷系統(tǒng)，能夠提高故障處理效率，盡快恢復(fù)正常發(fā)電，減少經(jīng)濟損失。在此故障診斷功能的基礎(chǔ)上，通過試驗、維護和歷史數(shù)據(jù)分析等輔助手段，達到在汽輪機沖轉(zhuǎn)前，甚至在鍋爐點火前，及早診斷汽輪機閥門性能和狀態(tài)情況，對其隱患及早處理，從而減少汽輪機閥門運行時的故障頻次，提高機組發(fā)電安全性和可靠性。
4.1新閥門安裝時需要對閥門進行清理檢查，復(fù)檢閥芯件
各配合間隙符合圖紙設(shè)計要求，同時對閥芯內(nèi)部各緊固件松緊及斂縫防退出情況進行確認。對于十字頭結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)嚴(yán)格按照制造廠裝配要求進行復(fù)裝，注意檢查閥桿、墊環(huán)及十字頭接觸滿足設(shè)計要求并將閥桿完全擰入十字頭后再復(fù)裝防轉(zhuǎn)銷，閥桿與十字頭的防轉(zhuǎn)銷孔如果存在錯孔，需查找原因，不能采取轉(zhuǎn)動閥桿的方式對正銷孔，重新配鉆銷孔時，確保銷子與銷孔間隙滿足設(shè)計要求并正確斂縫防止銷子退出。
4.2試驗操作
為了實現(xiàn)該診斷系統(tǒng)的預(yù)測性，及早檢查、診斷汽輪機閥門性能和狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)汽輪機閥門存在的隱患，結(jié)合DEH系統(tǒng)原有試驗功能，設(shè)計了開機前試驗功能，通過試驗操作，配合診斷系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)分析和故障診斷，實現(xiàn)在汽輪機沖轉(zhuǎn)前診斷閥門的性能和狀態(tài)，參照診斷報告，對異常情況及時處理，避免在汽輪機運行中因閥門故障帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。DEH系統(tǒng)中，原有試驗包括噴油試驗、超速試驗、高壓遮斷試驗、閥門活動試驗等，這些試驗是對汽輪機主要功能的測試?，F(xiàn)場運用中發(fā)現(xiàn)，這些試驗并未完全涵蓋DEH系統(tǒng)設(shè)備，容易導(dǎo)致個別設(shè)備存在的隱患不能及時被發(fā)現(xiàn)，設(shè)備隱患暴露時將產(chǎn)生嚴(yán)重的汽輪機閥門故障。因此，該診斷系統(tǒng)在原有試驗的基礎(chǔ)上，通過編程和軟件界面設(shè)計，新增單臺閥門手動試驗、單個電磁閥性能測試、靜態(tài)噴油試驗、靜態(tài)超速試驗等試驗操作功能，這些試驗操作可以協(xié)助系統(tǒng)診斷故障，及早診斷汽輪機閥門是否存在異常。
4.3智能維護
為了配合診斷系統(tǒng)的主要故障診斷功能，進一步豐富其輔助功能，方便故障檢修，縮短處理時間，還設(shè)計了閥門遠程校驗和簡單異常自動處理等智能維護功能。針對汽輪機調(diào)節(jié)型閥門遠程校驗，采用DEH對伺服機構(gòu)的底層控制，利用圖形語言，通過邏輯和畫面組態(tài)，實現(xiàn)在操作員站人機交互界面操作，自動完成閥門校驗。該功能操作方便快捷，提高維護效率。通過遠程校驗，保證伺服機構(gòu)的控制精度和調(diào)節(jié)線性度，滿足機組負荷對閥門開度的要求，從而實現(xiàn)機組運行中對汽輪機閥門的快速精確控制，確保機組安全經(jīng)濟運行。
結(jié)束語
綜上所述，高、中壓進汽閥門是汽輪機高溫、高壓的關(guān)鍵部件之一，各電廠應(yīng)嚴(yán)格按照制造廠的要求進行安裝、運行、維護及檢修，汽輪機閥門狀態(tài)診斷系統(tǒng)能夠有效減少機組運行時汽輪機閥門故障的發(fā)生，對汽輪機安全、經(jīng)濟運行保駕護航。在全國電力行業(yè)中，此診斷系統(tǒng)具有良好的推廣價值，在其他使用蒸汽輪機的行業(yè)中也具有較高的推廣意義。

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