600MW機組高壓調節(jié)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(jié)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(jié)閥門在運行中出現(xiàn)的問題，通過對某電廠發(fā)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(chǎn)上提供了參考。

高壓調節(jié)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(jié)汽閥的開度大小進而改變蒸汽流量參數(shù)來實現(xiàn)的。所以， 調節(jié)汽閥的穩(wěn)定運行對汽輪機的安全穩(wěn)定運行是至關重要的。在蒸汽節(jié)流閥特別是高壓調節(jié)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(jié)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(jié)閥數(shù)量4個，聯(lián)合調節(jié)開啟方式，中壓調節(jié)閥與中主閥為中壓聯(lián)合汽閥，數(shù)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(xié)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(wěn)定、調門開度穩(wěn)定。22：45機組負荷320MW，發(fā)現(xiàn)#1EH油泵電流漲至51.8A，高調門EH油濾網(wǎng)間歇發(fā)差壓高報警；立即手啟備用EH油泵，發(fā)現(xiàn)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(wěn)燃。就地檢查機組振動正常，EH油系統(tǒng)，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(shù)，#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(shù)穩(wěn)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(wěn)定，投入機組AGC方式，按照#1高調門占四個調門的噴嘴數(shù)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(wěn)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(wěn)定無變化。綜合兩次閥門活動試驗現(xiàn)象及#1高調閥閥后參數(shù)，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(shù)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(shù)發(fā)現(xiàn)，#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(shù)為57個，#2、#3高調門對應的噴嘴數(shù)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(jié)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(jié)調停，2月11停運盤車后，#1高調門解體后發(fā)現(xiàn)#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(jīng)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(lián)接，實際安裝存在大小不等的間隙，墊環(huán)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(jié)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(jié)閥關閉，而就地與集控室檢查顯 示調節(jié)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(jié)閥中的高壓調節(jié)閥的閥桿提升機構均按“日立”調節(jié)閥結構，模化設計成閥桿與十字頭采用螺紋直接聯(lián)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(fā)生嚴重變形，造成大修時高壓調節(jié)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(lián)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(xiàn)類似現(xiàn)場發(fā)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(fā)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(yōu)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(lián)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(fā)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(fā)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(chǎn)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(fā)生脫落導致螺塞外退出現(xiàn)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(chǎn)生的不規(guī)則顫動，大大增強了調節(jié)閥工作的穩(wěn)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(jié)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(lián)結的改造方案已改造20余臺機組，近幾年運行中均為出現(xiàn)閥門類似故障問題。

5　結論與建議

通過對國產(chǎn)600 MW機組高壓調節(jié)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(jié)閥的十字頭結構進行了改造完善，解決了國產(chǎn)600 MW機組高壓調節(jié)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(jié)閥的靈活性，為同類型機組處理該缺陷提供了可靠的依據(jù)。

［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(yè)專工，主要從事汽輪機和調速系統(tǒng)設備檢修工作。