汽輪機(jī)閥梁總成故障分析

■張 鵬 張照坤

永坪煉油廠

1 引言

汽輪機(jī)是能將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的外燃回轉(zhuǎn)式機(jī)械，來(lái)自鍋爐的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，依次經(jīng)過(guò)一系列環(huán)形配置的噴嘴和動(dòng)葉，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。

本文所舉的汽輪機(jī)型號(hào)為NG25/20；

N為正常蒸汽進(jìn)汽參數(shù)，最高為10.0MPa（510℃）;

G為背壓式汽輪機(jī);

25為外缸前段進(jìn)汽內(nèi)徑為250mm;

20為轉(zhuǎn)子末級(jí)根徑為200mm 。

汽輪機(jī)主要參數(shù)如下：

2 汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

永煉140萬(wàn)噸/年柴油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)（C-1101），主要由壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、干氣密封和潤(rùn)滑油系統(tǒng)組成。其中離心式壓縮機(jī)由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，汽輪機(jī)為杭汽制造，型號(hào)NG25/20，出廠編號(hào)為T8787，額定功率2349kW，額定轉(zhuǎn)速為9620rpm，入口為中壓蒸汽，壓力3.6MPa，溫度435℃，流量為36.2t/h，汽輪機(jī)調(diào)速范圍在7170～12548rpm。

汽輪機(jī)正常控制轉(zhuǎn)速為8000～12000 r/min之間，當(dāng)調(diào)節(jié)時(shí)給定一個(gè)轉(zhuǎn)速，ITCC系統(tǒng)會(huì)把給定信號(hào)轉(zhuǎn)化成為4～20mA的電流信號(hào)輸送至汽輪機(jī)的電液轉(zhuǎn)化器，當(dāng)電液轉(zhuǎn)化器收到電流信號(hào)后，把4～20 mA的電流信號(hào)再轉(zhuǎn)化成0.15～0.45MPa的二次油壓。

二次油壓的變化會(huì)使錯(cuò)油門套筒上下運(yùn)動(dòng)，而達(dá)到控制動(dòng)力油進(jìn)入油動(dòng)機(jī)上下腔的順序來(lái)改變活塞桿的運(yùn)動(dòng)。

而油動(dòng)機(jī)的拉桿運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)調(diào)節(jié)汽閥杠桿運(yùn)動(dòng)，然后引起閥梁總成上閥桿的上下運(yùn)動(dòng)達(dá)到控制閥碟的開啟高度，因?yàn)殚y梁上有五個(gè)閥碟，并且設(shè)計(jì)開啟高度不一樣，所以在杠桿的上下運(yùn)動(dòng)中會(huì)因?yàn)樾盘?hào)的不同而產(chǎn)生五個(gè)閥碟開啟的順序是不一樣的，從而實(shí)現(xiàn)中壓蒸汽進(jìn)氣量不一樣，這樣就達(dá)到了操作室在ITCC上控制現(xiàn)場(chǎng)汽輪機(jī)的目的。

3 故障現(xiàn)象以及分析

2014年6月27日，永煉柴油加氫裝置C1101壓縮機(jī)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)速畫面主汽門顯示開度為46.4%，轉(zhuǎn)速為8975r/min，在正常范圍內(nèi)，隨后顯示開度逐漸增大，轉(zhuǎn)速也隨之有小幅度的增大，經(jīng)過(guò)8個(gè)小時(shí)后，顯示開度達(dá)到98%，轉(zhuǎn)速為9015r/min，之后主控室給出降低轉(zhuǎn)速的信號(hào)，主汽門顯示開度開始減小，直至顯示為0，轉(zhuǎn)速仍未降低反而升至9338r/min。現(xiàn)場(chǎng)油動(dòng)機(jī)升程指示刻度為19（總刻度為34），主汽門并未關(guān)閉，現(xiàn)場(chǎng)二次油壓接近0.15MPa。車間加強(qiáng)對(duì)該設(shè)備的監(jiān)護(hù)，特護(hù)運(yùn)行。隨后幾日汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速一直在升高，現(xiàn)場(chǎng)油動(dòng)機(jī)升程指示刻度也一直在增大。6月29日21時(shí)44分，該設(shè)備運(yùn)行轉(zhuǎn)速超過(guò)10000r/min，最高達(dá)到10140r/min，現(xiàn)場(chǎng)油動(dòng)機(jī)升程指示刻度到達(dá)30（最大值為34），現(xiàn)場(chǎng)二次油壓接近0.15MPa,此刻控制室已經(jīng)完全失去了對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

通過(guò)對(duì)此次故障現(xiàn)場(chǎng)分析初步得出，在整個(gè)控制過(guò)程環(huán)節(jié)中，操作室信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)二次油壓信號(hào)一致，說(shuō)明控制環(huán)節(jié)中到油動(dòng)機(jī)前是完好的，調(diào)節(jié)汽門開度顯示與轉(zhuǎn)速不符，說(shuō)明在最后的控制過(guò)程中調(diào)節(jié)汽門某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，再進(jìn)一步排查，調(diào)節(jié)汽門杠桿可以正常動(dòng)作，閥梁總成拉桿也可正常動(dòng)作，但是進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量不能控制，從而說(shuō)明閥碟不受控制開啟閉合，那么問(wèn)題初步推斷應(yīng)該就在閥碟上。

經(jīng)過(guò)停機(jī)拆解閥梁總成后，閥梁總成取出，發(fā)現(xiàn)東面閥桿有輕微彎曲，位于中間的5號(hào)閥閥碟連接螺栓斷裂，螺栓嚴(yán)重磨損，相鄰1號(hào)閥閥碟有輕微磕碰及磨損，東面閥梁與閥桿底部連接處有一個(gè)大約10mm的凹槽（凹槽形狀為閥桿底部樣式），西面閥桿與閥梁連接處無(wú)凹槽，但是有磨痕。

原因分析：此次汽輪機(jī)閥碟故障初步判斷為調(diào)節(jié)汽門進(jìn)蒸汽時(shí)，因介質(zhì)流向、管道走向，以及蒸汽壓力、流速、溫度、腔室內(nèi)部結(jié)構(gòu)、閥梁設(shè)計(jì)等因素的影響，正好在5號(hào)閥處形成了蒸汽渦流，而使五號(hào)閥碟產(chǎn)生高頻率的旋轉(zhuǎn)和震動(dòng)，在該工況持續(xù)了較長(zhǎng)時(shí)間后，閥碟材質(zhì)受力達(dá)到極限，而發(fā)生斷裂，正好卡在旁邊1號(hào)閥碟出，而使閥梁卡住，向下運(yùn)行受到限制，其他閥碟不能開啟閉合，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不能有效地控制在范圍以內(nèi)，所以在ITCC系統(tǒng)上對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，但是汽輪機(jī)閥梁的實(shí)際運(yùn)動(dòng)受到限制，也就出現(xiàn)了ITCC上顯示主汽門開度顯示是0，二次油壓接近0.15MPa ,但是現(xiàn)場(chǎng)主汽門實(shí)際開度接近30（0—34）的現(xiàn)象。

4 預(yù)防措施及效果

本次汽輪機(jī)閥碟故障主要成因還是蒸汽渦流，在汽輪機(jī)腔室內(nèi)閥梁總成閥碟處形成的蒸汽渦流導(dǎo)致閥碟斷裂屬于極小概率事件，解決問(wèn)題的思路只能從改變蒸汽渦流形成的因素來(lái)避開渦流，使它不影響汽輪機(jī)的正常操作。綜合考慮，除了改變閥梁設(shè)計(jì)可行外，改變其他幾個(gè)因素的可操作性及成本過(guò)高，所以在通過(guò)與杭汽設(shè)計(jì)院的溝通交流后，杭汽設(shè)計(jì)院通過(guò)改變閥梁總成的設(shè)計(jì)，將閥梁兩側(cè)受力面形狀由原來(lái)的圓弧面改為現(xiàn)在的錐面，達(dá)到改變蒸汽進(jìn)入后腔室后閥梁的受力方式，避開蒸汽渦流在閥梁總成周圍的形成。

本次通過(guò)改造該汽輪機(jī)的閥梁設(shè)計(jì)，在接下來(lái)的一個(gè)周期運(yùn)行過(guò)程中，工況穩(wěn)定，運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)節(jié)靈活可靠，在2016年大修時(shí)，解體檢查，閥梁總成無(wú)任何磨損，進(jìn)一步驗(yàn)證了改造效果，證明了我們的方法可行，對(duì)于處理汽輪機(jī)閥梁總成故障的方向是正確的。

5 結(jié)束語(yǔ)

雖然汽輪機(jī)閥梁總成出現(xiàn)故障并不常見，但這次故障處理使我們可以采取有效的預(yù)防措施和操作避免出現(xiàn)類似故障，同時(shí)也提高了技術(shù)人員的判斷能力。我們應(yīng)在以后的設(shè)備管理工作中加強(qiáng)對(duì)機(jī)組的日常維護(hù)保養(yǎng)和操作培訓(xùn)，為汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和安全生產(chǎn)提供可靠的保障，養(yǎng)成了在石油化工的生產(chǎn)中遇見設(shè)備問(wèn)題要從理論聯(lián)系實(shí)際出發(fā)，運(yùn)用科學(xué)的分析方法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，做出可行性方案，來(lái)解決我們的設(shè)備故障，并且對(duì)于設(shè)備管理，要善于積累經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)分析，對(duì)于可控性因素一定要把握好，對(duì)于不可控因素一定要及時(shí)分析解決問(wèn)題，使我們的大型設(shè)備能安全、平穩(wěn)、可靠地長(zhǎng)周期運(yùn)行。