主汽閥故障造成汽輪機單側進汽的判斷與分析

胡 洲，吳文健，樊印龍，顧正皓，吳瑞康

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

主汽閥故障造成汽輪機單側進汽的判斷與分析

胡 洲，吳文健，樊印龍，顧正皓，吳瑞康

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

針對某600 MW機組在啟動過程中出現的1號軸瓦溫度偏高問題，對汽輪機進行轉子汽流受力分析以及關閥、升負荷等一系列試驗，檢查分析后，判斷出汽輪機的左側進汽通流面積產生了變化，并據此判斷對汽輪機左側進汽通流區域有關閥門和管道等進行了檢查，查明了導致1號軸瓦溫度偏高的原因為1號高壓主汽閥主閥蝶脫落，造成汽輪機單側進汽。對主閥蝶脫落及相關問題進行了分析，并提供了運行建議。

600 MW；汽輪機；高壓主汽閥；軸承溫度；單側進汽

國家能源局發布的《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中明確規定，為了防止汽輪機超速事故，在調節部套有卡澀、調節系統工作不正常的情況下，嚴禁機組啟動。汽輪機調節閥卡澀等故障會造成機組超速，如果此時主汽閥也發生卡澀，汽輪機嚴重超速事故就會無法避免。機組正常運行時，主汽閥卡澀問題并不常見，表現出來的現象也不是很典型，有時很難準確判斷，但如果不能及時發現，機組的安全運行將會受到嚴重威脅。

1 故障的分析與試驗

1.1 故障現象

某600 MW亞臨界機組的高壓主汽閥進行了改造，由杠桿式全部改為直連式。機組A修后重新啟動，機組并網后利用單閥控制模式升負荷。當負荷升至311 MW時，1號瓦T1/T2點溫度達到84.66℃/98.79℃，而該機組A修前相同負荷工況時汽輪機1號瓦溫T1/T2僅為78.54℃/86.24℃。對比數據發現，該機組A修后汽輪機1號瓦溫出現了明顯偏高問題。

由于機組在A修期間對汽輪機1號瓦曾進行解體檢修，并按照標準工藝進行了裝復，因此基本可以排除1號瓦存在軸瓦損傷或安裝工藝不規范的情況。直觀判斷，可能是汽輪機1號瓦的承重力發生了改變，導致1號瓦軸承的承重力比A修前有所增大。

1.2 轉子受力分析

機組1號高壓主汽閥控制汽輪機左側的1號與3號高壓調節閥，2號高壓主汽閥控制汽輪機右側的2號與4號高壓調節閥。圖1為汽輪機高壓轉子受力分析圖。

圖1 高壓轉子汽流受力分析

可以看出，轉子y方向向下所受到的汽流力為：Fqy＝by＋dy－ay－cy，當機組采用單閥進汽時，4個高壓調節閥的進汽開度是一致的，因此轉子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）應該處于平衡狀態，理論上Fqy＝0。若出現汽輪機左側進汽流量小于右側進汽流量的情況時，汽輪機轉子左右側所受到的蒸汽力必然會發生變化，by＋dy>ay＋cy，轉子y方向向下所受到的汽流力必然增大Fqy>0，很顯然，這會造成汽輪機1號瓦y方向受力增大，瓦溫升高。

根據上述推斷，分析認為造成汽輪機1號瓦溫偏高的原因，很可能是機組在單閥方式下運行時汽輪機左側進汽流量小于右側進汽流量，造成1號瓦下半部左右兩個側面的軸瓦承受力均較A修前有所增大，T1/T2點的瓦溫偏高。因此，初步判斷1號或3號高壓調節閥沒有打開，或者1號高壓主汽閥未全開，為此進行了下列試驗。

1.3 關閥試驗

機組協調控制撤出、負荷275 MW、汽輪機單閥狀態，各高壓調節閥開度為30%，以每次1%的幅度關小3號高壓調節閥，觀察機組負荷反應。結果表明，在3號高壓調節閥關閉的過程中，機組負荷、主蒸汽壓力均沒有明顯變化，直到全關；3號高壓調節閥全關后，關小1，2，4號高壓調節閥任一閥門到27%左右，機組負荷下降明顯，約降低5 MW。初步判斷，3號高壓調節閥可能存在閥碟脫落的問題，或3號高壓調節閥后的調節級區域發生了堵塞。

1.4 升負荷試驗

手動關閉3號高壓調節閥，機組緩慢升負荷到438 MW，此時4個調節閥開度分別為100%/ 29%/0/100%，主蒸汽壓力16.5 MPa。直觀分析，在此壓力與調閥開度下，負荷偏低。查A修前運行數據，在主蒸汽壓力14.7 MPa，4個調節閥開度分別為 100%/0/0/100%時，機組負荷為 400 MW，折算到主蒸汽壓力16.5 MPa時，對應的負荷應為446 MW，即之前“兩閥全開、兩閥全關”對應的負荷比現在閥門狀態對應的負荷還要高，這說明機組的通流部分確實存在問題。

經現場檢查，發現機組1號高壓主汽閥閥體溫度要比2號高壓主汽閥閥體溫度低10℃。

綜合以上判斷，初步分析認為，造成上述現象的原因為：機組1號高壓主汽閥閥蝶脫落或其后的3號高壓調節閥閥碟脫落；或是1號高壓主汽閥前的進汽管及進汽濾網、3號高壓調節閥后的導汽管及其后的調節級區域發生了堵塞。

1.5 檢查情況

在機組停運后，對3號高壓調節閥進行了解體檢查，未發現其閥碟脫落；檢查1號高壓主汽閥前的進汽管及進汽濾網、3號高壓調節閥后的導汽管及其后的調節級區域，未發現堵塞。

對1號高壓主汽閥解體，檢查發現：預啟閥開啟100 mm以上時，高壓主汽閥主閥蝶仍然未動，而高壓主汽閥的閥門行程是188 mm，這顯然與實際開啟時高壓主汽閥主閥蝶的開啟點位置不符合，表明1號高壓主汽閥的閥蝶已經脫落，拆除閥桿和1號高壓主汽閥的主閥蝶后，發現1號高壓主汽閥內用于帶動開啟主閥蝶的內套筒已經全部脫落，如圖2所示。因此，機組運行過程中1號高壓主汽閥開啟時，其主閥閥碟未能全部打開，僅僅有少量蒸汽通過預啟閥和未全開的主閥進入高壓缸，造成汽輪機單側進汽，檢查結果與故障分析相符。

2 高壓主汽閥閥蝶脫落原因分析

該機組高壓主汽閥為直連式結構，整個高壓主汽閥采用水平方式安裝，主閥蝶和內套筒采用螺旋式安裝方式，其安裝工藝為：在內套筒全部旋入主閥蝶后，再將主閥蝶內壁邊緣的幾個點進行鉚邊，利用內套筒與主閥蝶的螺紋來承受高壓主汽閥的開啟壓力，利用鉚邊來對內套筒進行定位和限位。

從現場檢查的情況看，原有的鉚邊已經全部脫落，在不修正凹凸不平的鉚邊的情況下，內套筒已可以在主閥蝶內自由裝復和拆卸。

分析主閥蝶內套筒脫落的原因：由于高壓主汽閥采用水平方式安裝，閥桿較長，在高壓主汽閥整體裝復后，閥桿可能與內套筒不同心，造成內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或者是在機組打閘突然關閉高壓主汽閥時，高壓主汽閥內套筒的鉚邊可能受到了振動、壓力或者沖擊力，導致鉚邊脫落，主閥蝶內的內套筒在鉚邊脫落后由于蒸汽力或閥體振動等原因產生了旋轉，最后整體從主閥蝶中脫落，使主閥蝶無法開啟，造成汽輪機單側進汽。

高壓主汽閥主閥蝶內套筒脫落后，高壓主汽閥主閥蝶處于自由狀態，高壓主汽閥閥桿向開啟方向運動時，預啟閥開啟到一定位置碰到限位的主閥蝶內套筒后只能帶動內套筒一起向開閥方向運動，高壓主汽閥主閥碟停留在原來的位置不會移動。當機組打閘時，預啟閥會頂住主閥蝶，帶動主閥蝶一起快速關閉，因此高壓主汽閥主閥蝶脫落不會對高壓主汽閥的快速關閉能力造成影響，僅僅影響高壓主汽閥的開啟程度。但通過對高壓主汽閥的主蒸汽流量產生影響，最終會造成汽輪機轉子受力變化，影響到軸瓦的溫度與轉子振動。

圖2 高壓主汽閥主閥碟與套筒

3 結論

（1）汽輪機軸瓦溫度發生異常的原因很多，汽輪機進汽通流面積發生變化會導致汽輪機的進汽壓力不平衡，汽門進汽方式不正常、配汽方式不合理是其中的一個重要原因。汽輪機進汽壓力不平衡，會導致轉子受力不均，造成軸瓦溫度偏高、軸承振動高等現象。檢查確認汽門正常的進汽方式，優化合理的配汽方式，有利于改善汽輪機軸瓦瓦溫、降低軸承振動。

（2）直連式高壓主汽閥與杠桿式高壓主汽閥結構相比，具有結構簡化、便于安裝和檢修等特點，但由于安裝工藝中鉚邊工藝不成熟或者實際鉚邊時鉚得太淺，運行中容易造成高壓主汽閥主閥蝶與套筒脫落的現象，建議制造廠優化鉚邊工藝細節，或改進安裝工藝，將鉚邊工藝改為銷子限位工藝，防止高壓主汽閥主閥蝶內套筒位置不固定，在運行中逐漸與主閥脫落的現象再次發生。

（3）機組在運行過程中，應適時安排高壓調節閥全行程活動性試驗，并對機組各負荷段的運行參數和高壓調節閥開度進行詳細記錄和對比，提早發現高壓主汽閥閥蝶脫落的事故隱患，保障機組的安全運行。

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（本文編輯：陸 瑩）

Judgment and Analysis on Unilateral Steam Admission of Steam Turbine Caused by Main Steam Valve

HU Zhou，WU Wenjian，FAN Yinlong，GU Zhenhao，WU Ruikang
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Aiming at overheat of#1 bearing during startup of 600 MW units，the steam flow stress of rotor is analyzed，and test，check and analysis on valve shutdown and load rising are conducted，from which it is determined that inlet throughflow area at the left of steam turbine becomes changed.According to the judgment，the concerned valves and pipes at the left side of the turbine inlet throughflow area are inspected.It is found that overheat of#1 bearing is triggered by drop of main butterfly valve of#1 high-pressure main steam valve，which further causes unilateral admission.The paper analyzes main butterfly valve drop and relevant issues；besides，it puts forward suggestions on operation.

600 MW；steam turbine；high-pressure main steam valve；bearing temperature；unilateral admission

TK267

B

1007-1881（2015）09-0050-03

2015-04-07

胡 洲（1978），男，高級工程師，主要從事汽輪機調試、運行分析和優化、可靠性分析研究。