600MW機組高壓調節閥門故障分析及處理

孟 剛（華能銅川照金電廠，陜西 銅川 727100）

600MW機組高壓調節閥門故障分析及處理

孟 剛
（華能銅川照金電廠，陜西 銅川 727100）

本文介紹了600MW機組高壓調節閥門在運行中出現的問題，通過對某電廠發生的典型故障原因分析，并針對設備結構上設計不足之處，提供改進思路和方案，不僅提高了設備運行可靠性、而且結構簡單，裝配方便，為同類型機組在安全生產上提供了參考。

高壓調節閥門；十字頭；斷裂

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.217

0　引言

汽輪機的啟動、停機和功率的變化是通過調節汽閥的開度大小進而改變蒸汽流量參數來實現的。所以， 調節汽閥的穩定運行對汽輪機的安全穩定運行是至關重要的。在蒸汽節流閥特別是高壓調節閥上不可避免地會有一些振動，而過大的振動將導致閥桿漏汽加大和十字頭破裂，因此在汽輪機運行時應注意觀察調節閥桿的振動。

1　設備特點

某電廠2×600MW汽輪機為東方汽輪機廠引進日本日立公司技術設計和制造，型號為NZK600-16.67/538/538，型式為亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。高壓調節閥數量4個，聯合調節開啟方式，中壓調節閥與中主閥為中壓聯合汽閥，數量2個，為液壓開啟，彈簧關閉，非定位套閥，內有旁通閥。

2　事件概況

2015年1月29日21：00 #2機組負荷約有40MW快速波動，DEH畫面各高調門反饋波動，一次調頻頻繁動作，就地檢查各高調門波動較大。21：25 解除AGC，協調模式下負荷仍有波動，解除CCS，投入機組BASE方式，觀察負荷穩定、調門開度穩定。22：45機組負荷320MW，發現#1EH油泵電流漲至51.8A，高調門EH油濾網間歇發差壓高報警；立即手啟備用EH油泵，發現四個高調門大幅波動，立即解除四個高調門自動，鍋爐等離子拉弧穩燃。就地檢查機組振動正常，EH油系統，高、中壓主汽門及其調門機械連接無異常。

盤面分析運行參數，#1高調門后壓力較正常運行值偏低3MPa、#1、#2瓦瓦溫較正常運行值降低5～9℃，初步判斷#1高調門故障。00：00 開始全行程活動#1高調門。0：58手動緩慢關閉#1高調門至20%，就地不動；手動緩慢全開該門，再次關閉過程中卡在62.4%。活動該門期間，主汽壓、四個高調門后壓力及負荷基本無變化，判斷#1高調門故障、無蒸汽通流。暫維持CV1手動，投入CV2、CV3、CV4自動，觀察參數穩定，投入DEH的CCS遙控后CV2-CV4仍然波動幅度較大。02：00 通知熱控退出DEH的一次調頻后觀察穩定，投入機組AGC方式，按照#1高調門占四個調門的噴嘴數占比，避免轉子抬升幅度過高而引起機組振動大的事故，暫限負荷至400MW。

進一步查找高調閥門波動原因，30日00：00分，值長令：全行程活動#1高調門，手動緩慢關閉#1高調門，0：58關至20%后就地不動；手動緩慢全開該門，活動該門期間，主汽壓、四個高調門后壓力及負荷穩定無變化；30日白班，重新對#2機主機#1高調門做全行程活動試驗，閥門開啟反饋正常，關閉時卡澀在57%，試驗過程中，主汽壓、四個高調門后壓力及負荷穩定無變化。綜合兩次閥門活動試驗現象及#1高調閥閥后參數，初步判斷#1高調門內部故障，門架及反饋裝置動作，閥芯沒有動作。

3　原因分析

3.1運行參數分析

表1　閥門故障前、后開度對照表

表2　閥門故障前、后開度對照表

對比以上參數發現，#1高調閥開度與閥后壓力不對應且明顯偏低，判斷#1CV在關閉位，閥后壓力為高壓導汽管竄入蒸汽壓力。

表3　閥門故障前、后溫度對照表

如圖1所示，因#1、#4高調門對應的噴嘴 數為57個，#2、#3高調門對應的噴嘴數為35個，原閥序閥位開啟順序為#1CV-#3CV-#4CV-#2CV，同負荷下，當#1高調閥緩慢關小時，#3、#4、#2CV開度逐漸增大，并將轉子整體抬升，#1、#2瓦軸承溫度整體減低5～9℃。

圖1　汽輪機調節級噴嘴組布置示意圖

3.2設備結構分析

初步分析原因為#2機組#1高調門十字套螺紋止動失效或閥芯脫落，導致閥門關閉。2月3日，#2機組春節調停，2月11停運盤車后，#1高調門解體后發現#1高調門門桿防轉銷斷裂，導致門桿螺紋從十字頭中退出，經過多次敲打撞擊，使得門桿與十字頭螺紋損壞而報廢。擴大對其余的3個高調門門桿防轉銷解體檢查，并確認了其它3個高調門防轉銷與十字頭完好；（1）#2機組#1高調門十字頭螺紋止動失效。高調閥的操縱座中的十字頭采用螺紋形式直接聯接，實際安裝存在大小不等的間隙，墊環的間隙若裝配不當或漏裝，極造成十字套與閥桿間的圓柱銷在機組停機打閘調節閥快關及變負荷過程中承受沖擊載荷，圓柱銷承受很大的剪切應力而斷裂，螺紋止動失效，閥桿在汽流的擾動下逐漸部分退出十字套，使得閥桿變長，使得調節閥關閉，而就地與集控室檢查顯 示調節閥卡在某個閥位，調門仍存在一定開度的假象。在運行中會造成閥門實際開度與指令不符，引起負荷波動。東方600MW以上的大容量機組，其高壓主汽調節閥中的高壓調節閥的閥桿提升機構均按“日立”調節閥結構，模化設計成閥桿與十字頭采用螺紋直接聯結，如圖2所示。由于閥門關閉瞬間強大的反作用力作用到螺紋結合面上，使螺紋發生嚴重變形，造成大修時高壓調節閥無法解體；（2）高調門閥芯的固定螺釘脫落，導致閥芯從閥桿頭部連接處脫落；（3）高調門閥桿與操縱座機構連接桿銷子斷裂。

圖2　十字頭與閥桿聯接原設計結構圖

3.3暴露問題

對東汽機組存在的共性問題重視不足，沒能及早開展隱患排查和十字頭技術改造調研，我廠在2010年#1機組C級檢修中中壓調整閥門出現類似現場發生，造成中壓調整閥門門桿螺紋咬扣，更換新門桿。此結構在東汽D300H、D300K、D300L、D600B，D600C，D600D，D600E，D660B機組均有不同程度發生。

4　處理措施

與東汽廠進行技術交流溝通，制定高調門十字頭整改優化方案，并通過檢修解體檢查各個高調門閥桿與操縱座機構連接銷子情況。

閥桿與十字頭聯結的改造方案如下：閥桿上端設計成一定角度的錐體，與錐形襯套配合為一體，用園螺母牢固鎖緊后再加，裝一帶槽鎖緊園螺母將園螺母鎖死，防止園螺母可能發生的松脫。完成上述裝配工作后將錐襯套連同閥桿裝入十字頭并用6-M20內六角園柱螺釘邊接成一體。

此結構與原設計相較，閥桿與十字頭無直接連接關系，原設計的拆卸弊病不可能在該結構上發生；拆卸、維修方便，只需拆除連接螺釘，便完成了十字頭與閥桿的分解工作。閥桿與襯套的分解，卸掉上端螺母后，便可取下襯套。對用戶檢修來無任何后顧之憂。

此結構與原結構相較，取消了止動板，即取消裝配后焊接工序（若焊接工藝不當，有可能損傷十字頭，產生裂紋）與拆卸時止動板的打磨工序，湖北某電廠曾因止動板焊不牢發生脫落導致螺塞外退出現負荷大波動故障；該設計結構巧妙利用內外錐面緊密配合的自鎖原理，有效地抑制了閥桿因汽流擾動所產生的不規則顫動，大大增強了調節閥工作的穩定性，這已在大武囗、撫順等電廠得到了充分的驗證。該設計結構適用于東汽D300N以上各種十字頭結構操縱機構的調節閥門。其改進設計結構如圖3所示。

圖3　改進設計結構

采用此閥桿與十字頭聯結的改造方案已改造20余臺機組，近幾年運行中均為出現閥門類似故障問題。

5　結論與建議

通過對國產600 MW機組高壓調節閥故障原因進行了分析檢查，從而利用檢修機會及時對高壓調節閥的十字頭結構進行了改造完善，解決了國產600 MW機組高壓調節閥防轉銷斷裂、十字頭咬扣、閥桿振動等不安全問題，確保高壓調節閥的靈活性，為同類型機組處理該缺陷提供了可靠的依據。

［1］東方汽輪機廠.NZK600-16.7/538/538型汽輪機維護說明書［K］.

［2］剪天聰主編.汽輪機原理［M］.北京：水利電力出版社，1990，

孟剛（1972-），男，山東聊城人，工程師，華能銅川照金電廠策劃部主任助理兼汽機專業專工，主要從事汽輪機和調速系統設備檢修工作。