600MW火电机组汽轮机中压调节阀故障及优化处理

引言

中压调节阀是电站中汽轮组的关键构成部件之一,在火电机组汽轮机中压缸的启动与运转过程中,中压调节阀能够控制汽轮机组整体的转速以及初始负荷数值,中压调节阀一旦出现卡涩故障,便有可能导致电厂整台机组无法正常运转。而在具体的检修过程中,有关中压调节阀的处理时间较长,不仅会影响机组整体的运行质量,同时可能延误工程工期。因此,及时且精准的故障检测与优化处理是火电机组稳定运行、安全生产的基础,同样也是获得广大用户信任的关键。

1案例工程简述及故障分析

1.1案例工程简述

本文研究以某火力发电站工程新建600MW火电机组为例,该机组采用亚临界、一次中间再热、三缸、四排汽凝汽式汽轮机。为适应工程需求,两台600MW火电机组汽轮机中压缸两侧分别置有一台中压调节阀。其中,1#机组前期安装以及调整、并网流程并无故障,在启动并逐渐提升负荷的过程中,汽轮机中压缸两侧中压调节阀在热态下出现了运行滞涩、卡顿的问题,导致机组整体无法稳定运行,被追停机。经过适当检查与处理后,该工程的中压调节阀卡顿问题得到了有效解决。基于此,本次研究以600MW火电机组汽轮机中压调节阀启动过程中出现的滞涩、卡顿问题为主,对故障产生的诱因、部位以及具体的检查处理工作进行分析与总结。

1.2中压调节阀介绍

600MW火电机组汽轮机的中压调节阀通常由阀杆、阀芯、套筒、蝶阀、阀座、阀壳与执行机组共同构成。其中,中压调节阀阀芯设置有预启阀装置,能够在阀门开启情况下降低机组所需要的提升力,相对独立又紧凑的结构设计,能够保障中压调节阀在开启或停机状态下不受其自身状态的影响,实现更快速、稳定的启停机需求。中压调节阀中的蝶阀亦可称为翻板阀,它是作用于火电机组管道中一种结构简单的高效性调节阀,可围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的目的,能够对火电机组管道内的各种流动介质起到断流、限流等作用。

1.3故障分析

#1机组首次并网启动,初始负荷逐渐升到40MM左右时,汽轮机中压缸两侧中压调节阀均出现故障,进而无法完全开启。其中汽轮机左侧中压调节阀开启至45%时出现卡顿情况,右侧中压调节阀开启至A2%时出现卡顿情况,且机组开闸后,左右两侧中压调节阀皆能够完全关闭。

为明确导致卡顿情况的原因,现场技术人员关闭中压调节阀等待其自然冷却,待到中压气缸温度下降至l30℃时,重复对左侧中压调节阀进行l0次启停测试,测试结果表明,左侧中压调节阀仅在第三次测试中出现过一次较为短暂的卡顿情况,即在开启K5%左右时出现卡顿,其余2次启停试验皆未出现卡顿问题:而后对右侧中压调节阀进行同样的启停测试,结果表明,右侧中压调节阀在l0次测试中并未出现卡顿情况。除此之外,左右两侧中压调节阀在机组首次整套启动前的冷态调试过程中也从未出现卡顿、滞涩、骤停问题。

而后停机进行详细检测,解除与阀杆相衔接的中压调节油动机操纵机构进行独立的测试工作,结果表明,两组油动机的活动并无异常:单独对右侧中压调节阀门进行解体检查,发现其阀杆上方存在细微刮痕,除此外并无其他显著缺陷以及异物、杂质等:重新安装,并在冷却状态下多次开启阀门,未能发现卡顿与异常现象。

确认无显著问题后开启第二次并网,准备对汽轮机组进行超速试验检测,设置开度指令为103%,过程中发现两侧中压调节阀在汽轮机切缸时出现卡顿情况,左右侧中压调节阀卡顿分别在85%以及99%开度。通过输入DEH指令,操纵左侧中压调节阀开展小频率活动,在重复操作约10次后左中压调节阀的开度达到了99%,与右侧一同达到全开状态。

机组带负荷150MW并稳定运行暖机4h后,调整负荷至50MW,然后重新开闸,为汽轮机组的超速试验做准备。过程中发现左侧中压调节阀卡在12%开度,右侧则卡在18%,且两侧均无法全关。通过DEH输入相关指令操纵阀门进行小频率活动,发现左侧只能在12%~35%的开度活动,右侧的开度活动范围则在28%~50%。随后立即在热态下脱开油动操作机构与阀门连杆,完成这一工序后,左侧中压调节阀顺利归位,而右侧中压调节阀则始终卡顿,在14%左右的位置无法归零,同时也无法全关。

冷却机组并静置14h后,再次对左右两侧中压调节阀门进行检查,可见其均已回归零位、完全关闭。

2现场故障检测与处理措施

2.1阀门解体检查

将左右两侧中压调节阀进行解体后,进行如下检测工作:

(1)对中压调节阀各构件进行基础外观检查,过程中发现阀杆上方存在刮痕,同时伴有一处类似于磨损的爬行痕迹,应用着色检查技术对其进行深度检测后,发现两处外观瑕疵都不会对机组运行机制、运行质量造成影响,且除此之外并无能够导致机组卡顿的痕迹。机组整体清洁度良好,未发现显著大体积粉尘、颗粒等杂质,阀门内部也未发现显著异物。

(2)对中压调节阀阀杆与阀盖衬套的间隙进行检测。对左右两侧中压调节阀门衬套内径进行单独测量,其中左侧阀门上衬套上端直径为100mm,下端直径为99.92mm,上下两端存有0.08mm的锥度:左侧阀门下衬套也同样存在相似的锥度问题,左侧阀门阀杆直径为99.64mm,阀杆与左侧上端衬套的间隙约为0.28mm,实际测量结果与设计数值之间存在0.08mm的误差。对右侧中压调节阀进行测量后,发现了同样的锥度问题以及测量数值小于设计数值的问题。

为解决这一问题,由现场技术人员利用旋转修磨对左右两侧衬套内部进行打磨,以适当增加衬套内径,从而增大阀杆与衬套的间隙,减小衬套上下端锥度。打磨以"少量多次"为原则,过程中反复对比实际数值与设计数值。为获取更精准的测量结果,优化衬套的修整效果,现场技术人员临时制备了一根直径为99.98mm、长度在500mm左右的测试棒,实时检测打磨效果。打磨工序完成后,左侧中压调节阀门上下衬套内径为106mm以及100.07mm,阀杆与衬套间隙为0.42mm,符合设计标准。对右侧中压调节阀进行相同的操作,处理后右侧阀门上下衬套内径分别为100.07mm以及100.08mm,最小间隙同样为0.42mm。

(3)检查阀杆是否存在质量问题。以肉眼检查及实际测量的方式,由技术人员将阀杆置于车床上检测是否存在弯曲、粗细不均等问题。由检查结果可知,沿轴向进行检测,阀杆各处弯曲度皆小于0.02,且各处实测数值与设计数值之间的误差不超过0.02mm,排除弯曲以及粗细不均因素。

(4)对中压调节阀各组件材质进行检测,分析各组件材质是否与设计材质相同。结合资料可知,各组件设计材质分别为:阀杆(2Cr12NiMo1w1V),衬套(20Cr1Mo1V),蝶阀(12Cr2Mo1),密封环(12Cr2Mo1)。

现场测量后可知,除去左右两侧中压调节阀所使用密封环的材质与设计材质存在误差外,其余各组件材质皆符合设计标准。因此,机组启动后,热态下的蝶阀出现了显著的膨胀,而其膨胀受到了阀套密封环的限制,进而限制了机组整体运行,故需要及时更换密封环。现场技术人员将这一结果上报给部门领导,经审批后以最快的速度从合作工厂购置了与设计材质相同的密封环,并进行了更换。

2.2油动机与热工电信号检查

在机组阀门冷却状态下,对左右侧中压调节阀进行启停试验,多次试验后发现阀门均能正常开关:对火电机组汽轮中压缸两侧中压阀门油动机操纵机构及阀杆进行解体处理并开展单独测试,发现两侧油动机状态良好,活动正常,不存在故障。基于此,可明确本次卡顿事故的原因不在于热工电信号以及伺服阀故障,同时也排除了油动机自身的卡顿故障隐患。

2.3中压调节阀十字头导向杆与导向孔间隙测量

首先利用塞尺对中压调节阀十字头导向杆与导向孔的间隙进行现场测量,塞尺的规格为0.05mm。其中针对左侧中压调节阀的间隙,塞尺只能塞入0.1cm左右:而右侧中压调节阀则可完全塞入塞尺。将左右两侧中压调节阀十字头导向杆调整为未完全从导向孔取出的状态,而后利用千分尺对其进行测量,其中左侧中压调节阀导向孔内径为144.83mm,右侧则为144.91mm:随后将左右两侧中压调节阀十字头导向杆调整为完全取出的状态,测得左侧导向孔上中下三端内径分别为144.75、144.70、144.60mm,右侧导向孔上中下三端内径分别为144.95、144.85、144.70mm:左右两侧导向杆直径均为144.55mm。测量过程中发现十字头导向杆从导向孔中完全取出前以及完全取出后两次测量结果之间存在偏差,推测可能是受到导向孔内衬材质变化、内衬回弹效果变差的影响。最终结合实际情况,按照十字头导向杆完全取出状态下的测量数据进行实践分析。左右两侧中压调节阀十字头导向杆与导向孔间隙最小设计值为0.29mm,对比可知,左侧中压调节阀的最小配合间隙测量结果仅有0.05mm,与设计值之间存在0.24mm的误差。为增加十字头导向杆与导向孔的间隙,由技术人员于现场对左侧十字头导向杆进行加工,将其直径缩小至144.20mm。由现场测量结果可知,右侧十字头导向杆与导向孔间隙存在同样的误差情况,故将右侧十字头导向杆上车床加工至144.35mm。最终,左右两侧中压调节阀十字头导向杆与导向孔的间隙值符合设计数值标准。

3优化处理效果

经过彻底的解体检查后,对600MW火电机组汽轮机左右两侧中压调节阀的阀盖衬套、十字头导向杆进行现场加工处理,同步更换密封环。在各项数值皆符合设计标准后,对左右两侧中压调节阀进行冷态、热态下的多次启停试验,皆未再出现卡顿现象。而后在600MW火电机组汽轮机正式启动后,陆续进行增大负荷、超速试验等各项运行试验活动,机组左右两侧中压调节阀在各项试验中均未出现卡顿情况,机组整体运行状态良好,可正常投入运行。可见解体检查能够精准地分析出火电机组中压调节阀各组件的问题与瑕疵,方便技术人员进行针对性调整,具有一定的实操与推广应用价值。

4结语

中压调节阀作为火电站中汽轮机组的关键组成部件,通常会在正式运行前由工厂进行预先组装。因此在正式运行过程中,现场技术人员往往会下意识地忽视对其内部组件尺寸、材料的核实与复查,在正式投入运行并出现卡顿问题后,才不得不停机进行检查处理。这一过程不仅损耗了大量的资金、人力成本,同时也延误了火电机组的投运期限,加剧了企业的生产成本支出。由此可知,在日后类似的工程建设中,相关技术人员需要加强对类似问题的关注,在现场安装阶段便对各部件进行充分检查,以便尽早发现材料、尺寸等方面的潜在问题,并及时予以解决。