透平燃油控制閥自主維修與推廣應用

張龍　鄧紅濤　農勇

摘? ?要：某海上油田透平機組使用的燃油控制閥是VL 24V系列燃油計量閥（VL 24 Volt Series Liquid Fuel Metering Valve）。該系列閥門使用過程中曾出現閥體內部阻塞、閥芯磨損、控制失效等故障，導致油啟失敗。由于介質壓力高、閥芯行程短、計量精度高和技術限制等因素，故障閥門一直無法實現現場維修，返廠維修的閥門須經過出廠測試，以致造成維修成本高、維修周期長、庫存積壓等問題。某海上油田動力部門通過不斷摸索實驗，成功總結出一套適用于現場的解決方案。

關鍵詞：VL 24 Volt Series Liquid Fuel Metering Valve（燃油控制閥）? 線性差動變壓器式位移傳感器（LVDT）? 比例電磁閥? 靜態漂移

中圖分類號：TH137? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（a）-0089-02

某油田三臺透平于2014年完成升級改造。燃油控制閥由原來的機械拉桿式調節閥升級為VL24V系列燃油計量閥（簡稱燃油控制閥），燃料控制精度更高更靈敏，機組運轉更加平穩。但在長期使用中該系列閥門在分公司的多臺索拉機組上出現過多種故障，導致燃油點火失敗，透平啟動困難等問題。

透平發電機能否實現冷機油啟是油田電力系統最重要的保障措施，該閥門故障的處理方法一直僅限于更換總成和返廠維修，費用極高。

1? 閥門解體與認知

1.1 閥門結構

燃油控制閥由閥體、閥門執行器、計量元件、線性差動變壓器式位移傳感器（LVDT）、旁通閥、電子控制模塊等構成，如圖1。

（1）閥體：由兩部分具有精加工表面的殼體密閉組成。

（2）閥門執行器：是一個比例電磁閥總成，由mA信號控制閥芯軸向的升降移動。

（3）計量元件：通過閥體內的環形銳緣噴嘴與閥芯上的不銹鋼擋板端面組成燃油供給控制和計量。

（4）線性差動變壓器式位移傳感器（LVDT）：LVDT屬于直線位移傳感器，能精確測量閥門執行器微米等級的運動，并通過電子控制模塊將位移反饋信號持續傳送到機組的控制系統。

（5）旁通閥門：旁通閥門為柱塞式，由彈簧承壓，通過壓差調節閥門保證通過流量控制口的燃油壓力。

（6）電子控制模塊：印制電路板安裝在閥體頂端，由各種芯片和電氣回路組成，通過判斷燃油需求量大小，輸出驅動閥門執行器動作信號。

1.2 工作原理

燃油控制閥根據機組的燃油需求量精確控制閥門開度，轉變成對燃油流量的線性控制。

燃油控制閥由4～20mA的電流信號控制，在輸入信號為20mA時開度最大，在輸入信號為4mA時開度為零。需要注意，閥門開度為零時閥門并未完全關嚴，經過零開度閥門的燃油流量約為啟機時流量的一半;當系統執行閥門關斷指令時，比例電磁閥失電，由彈簧將閥芯擋板直接座于環形銳緣噴嘴，此時，閥門完全關閉并阻止燃油進入機組內。

LVDT根據閥芯行程的變化產生一個精確的反饋信號;通過電子控制芯片，將閥位反饋信號和閥位指令信號進行比較，如果閥位反饋信號大于閥位指令信號，將減少比例電磁閥的輸入電流;同時，閥桿向關閉位置移動直到閥位反饋信號與閥位指令信號相等。反之，如果閥位反饋信號小于閥位指令信號，將增大比例電磁閥的輸入電流，同時閥桿向打開方向移動直到閥位反饋信號與閥位指令信號相等。

燃料從進口管線進入閥門，通過銳緣噴嘴進行計量。打開擋板可增大經過噴嘴的燃油流量，反之則減少，被計量后的燃油通過出口管線進入燃油系統。多余燃油通過旁通閥流回燃油泵，阻尼限位器相當于一個壓力調節器，幫助控制旁通閥開度。

為保證旁通閥在合適的位置，通過燃油泵的流量大約比通過控制閥的計量流量多10%～20%，避免旁通閥完全關閉，導致通過銳緣噴嘴的燃油壓力波動。

2? 故障分析與維修

2.1 故障原因分析

在透平的啟動、運行過程中，曾出現過由于控制閥故障或機組程序參數不匹配，導致透平油啟困難、熄火等問題。通過對故障閥門的拆解、分析和處理，認為以下幾點可引起控制閥故障：

（1）控制閥進出口及旁通閥堵塞;

（2）控制閥內漏或控制模塊受潮;

（3）比例電磁閥、LVDT受環境干擾 ;

（4）控制閥閥芯磨損;

（5）控制閥靜態漂移：

（6）控制參數不匹配影響啟動。

2.2 創新思路自主維修方案

針對以上故障原因，逐項摸索實踐出可行的維修方案。

（1）閥門進出口及旁通閥堵塞：檢查控制閥是否堵塞可采用在線清洗的方法。

需要注意：該維修方法會有少量燃油集聚在透平燃燒室內，檢修后必須強制通風稀釋以防止事故發生;在重新啟動機組前須徹底吹掃排氣系統。

（2）控制閥內漏或受潮影響控制精度：將控制閥拆下，打開后部密封套，觀察密封墊有無老化、磨損、破裂等情況，如有需更換配套密封墊;同時觀察執行機構頂桿與擋板之間的接觸是否緊密。

（3）比例電磁閥、LVDT受外界磁場、基座振動等干擾影響閥位控制、反饋信號異常：檢查燃油控制閥地線、屏蔽線是否破損，連接是否正確可靠;及時處理機組振動異常情況，定期檢查閥體、管線連接牢靠，避免共振。

（4）控制閥閥芯磨損：現場可使用1000目～2000目的砂紙對閥芯金相研磨和拋光，修復輕微磨損;修復的閥芯還需重新零點校準整定。

（5）控制閥靜態漂移：在線性執行機構得電前閥門無指令信號，閥芯應處于關閉狀態，若反饋信號顯示超出±2.5%，該故障會導致透平點火時，控制閥無法在指定時間內回到初始零點位置，影響燃油計量，可以通過燃油閥的校驗來控制靜態飄移。

（6）機組控制參數不匹配導致啟動失敗，

燃油點火時閥門開度限制值和燃油點火過程中燃油遞減量是燃油點火過程中最重要的兩個控制參數。

通過反復試驗得出，當點火閥門開度數值過小且燃油遞減量過大，容易導致點火失敗，當點火閥門開度數值過大且燃油遞減量過小時，容易導致T5超溫。

3? 預防性維護

根據維修經驗、整理的資料通過預防性維護可以大大降低閥門發生不可修復的故障的可能性，預防性維護要注意以下幾個方面：

（1）關注閥位反饋信號，閥位趨向增大表示該閥存在靜態漂移或輕微磨損。

（2）每日巡檢目視閥體外觀是否存在缺損或滲漏情況，及時進行清潔和更換密封。

（3）注意電纜及接線情況。

（4）定期保養每季度對閥體及其部件進行清潔保養以延長使用壽命。

（5）定期清潔濾器、更換濾芯。

（6）閥門拆檢過程做好閥芯保護，避免工具異物磕碰、刮劃對閥芯造成人為損傷。

4? 結語

通過自主攻關，已在現場修復兩臺故障的透平燃油控制閥，直接節省維修費用25萬元。每年的臺風季節，避臺恢復時，如果透平無法順利油啟，以該油田為例每延誤1h供電將造成33m3/h的產量損失，該故障的解決實現了高效復產，避免了油田產量損失。

該系列閥門現場成功的檢修經驗對同類型燃油、燃氣控制閥保養、維修具有重要的指導和參考價值，如果該檢修維護方案推廣應用到其他油田的更多機型上，實現預防維護與快速修復，能有效降低分公司動力配件的庫存金額。

參考文獻

[1] 張會生，周登極.燃機輪機可靠性維護理論及應用[M].上海：上海交通大學出版社，2016.

[2] 朱達.燃氣輪機發電機組控制系統典型故障分析處理與預控[M].北京：中國電力出版社，2019.

[3] 胡金海，王磊，孫權.燃氣輪機故障診斷：信號處理與故障隔離[M].北京：國防工業出版社，2016.