某廠二次再熱機組汽門活動試驗總結及探討

胡中強

中國大唐集團科學技術研究院有限公司華東電力試驗研究院

0 引言

隨著我國電力工業的飛速發展，國內1 000 MW甚至更大容量的機組越來越多，包含二次再熱等先進技術的應用也越來越廣泛，其中以上海汽輪機廠生產的1 000 MW 容量、二次再熱、超超臨界機組為代表。雖然目前國內已投產或在建的該類型汽輪機已不少，但就整個占比來說，數量仍然較為稀少。且很多機組運行時間短，與其配套的設備選項、參數匹配等方面還處于摸索階段，許多細節存在著值得我們思考和重視的問題，其中就包括汽輪機的汽門活動試驗。

1 汽門活動試驗

對汽輪發電機組而言，最可怕的事故之一就是機組超速。而對汽輪機而言，由于其唯一的動力源是來自鍋爐的高溫高壓蒸汽，故控制進入汽輪機的高溫高壓蒸汽流量是防止機組超速的關鍵，而控制設備就是汽輪機的各個汽閥。為此，為了防止汽輪機超速事故的發生，設備制造企業和發電運行企業都針對汽閥制訂了各種防范措施和相關規定。國家能源局2014 年發布的《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中就明確指出了應堅持按規程要求進行包括閥門活動試驗在內的多項測試或試驗工作，這些測試或試驗工作的最終目的就是確保汽閥在機組發生異常狀態時可迅速、有效、嚴密的關閉，切斷汽輪機進汽，確保汽輪機轉速不會發生異常飛升。但由于受限于機組運行狀態，尤其是長周期運行的機組，無法定期開展在線汽門關閉時間測試、汽門嚴密性試驗等工作，僅有汽門活動試驗可以在線進行，因此，汽門活動試驗在防止機組超速事故工作中起到了不可替代的作用[1]。

2 某廠機組汽門活動試驗工作總結

2.1 設備概況

某廠為該發電集團首臺1 000 MW 容量、二次再熱、超超臨界機組。機組的鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司制造的超超臨界壓力、HG-2764/33．5/605/623/623-YM2 二 次 再 熱、變 壓 運行、帶內置式再循環泵啟動系統的單爐膛雙切圓直流π 型鍋爐，該型號是哈爾濱鍋爐廠的首臺。汽輪機為上海電氣集團股份有限公司制造的，型號為N1000-31/600/620/620 的超超臨界、二次中間再熱、五缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機，給水泵汽輪機設有獨立的凝汽器。該型號汽輪機與國內已投產的同類型機組所用汽輪機為同型號產品。

機組旁路系統為室內布置，采用三級串聯方式，共設有1 個45% BMCR 的高壓旁路閥、2 個共50%容量的中壓旁路閥和2 個共50%容量的低壓旁路閥。

汽輪機設置兩個超高壓、兩個高壓及兩個中壓聯合汽門。主汽門和調門放置在共用的閥體內，但具有各自的執行機構，聯合汽門布置在汽缸兩側。機組不設調節級，采用切向進汽和全周進汽兩種進汽方式。

2.2 自動汽閥閥門試驗ATT 簡述

機組的汽門活動試驗又稱為自動汽閥閥門試驗（ATT 試驗），設計上為全過程全自動，即運行人員僅需點擊控制畫面中的試驗開始按鈕，其控制程序會自動進行試驗[2]。試驗共分八組，簡單描述試驗過程就是目標側閥門會成組自動動作，試驗過程中目標側汽閥或調閥會始終保持其中一個關閉，另一個完成試驗動作，交替進行，部分順控步驟見圖1。

圖1 ATT 試驗部分順控步驟

該試驗意味著在試驗過程中汽輪機始終處于單側進汽狀態，表明汽輪機本體在設計過程中已充分考慮到該試驗工況，即汽輪機允許在單側進汽狀態下維持運行。

2.3 試驗異常及處理

該機組在基建調試階段，調試人員發現ATT 試驗存在異常，采用常規試驗方法無法正常進行。在以往同類型試驗中，最常見的問題是DEH 系統中的防卡澀邏輯判斷出錯或由于EH 油質較差而導致伺服閥發生卡澀，最終導致試驗失敗，為此，該工程在試驗前已根據上述問題修改了相應的邏輯，并確保油質的合格。但是，由于該機組的鍋爐設計為國內首臺，鍋爐汽水系統和機爐間管路布局在設計上與傳統設計存在一定差別，其中之一就是鍋爐高壓再熱器和低壓再熱器區域均未設計混合聯合管路，如圖2 和圖3 所示。若采用傳統方式進行ATT 試驗，鍋爐存在單側干燒和憋壓等風險。

經過設計單位和調試單位的核算，在設計和選型階段，該機組旁路系統雖然設計為1 個45% BMCR 高壓旁路閥、2個共50%容量中壓旁路閥及2個共50%容量低壓旁路閥，但其冗余量較大，最大安全容量為60%以下負荷。據此，最終確定了初步的試驗方案，即試驗改為調整機組負荷控制在50%左右進行，其超高壓缸汽閥仍采用常規方式進行ATT試驗，而高壓缸汽閥和中壓缸汽閥采用開啟汽輪機旁路閥方式實現ATT 試驗。試驗按組進行，每次進行1 個單側汽機閥門的ATT 試驗，如做高壓缸進汽閥ATT 試驗時，在汽門關閉時，同步開啟該側中壓旁路閥；做中壓缸進汽閥ATT 試驗時，在汽門關閉時，同步開啟該側低壓旁路閥。汽機進汽閥重新開啟前，控制旁路閥開度，跟蹤旁路閥后壓力，使其保持另一側管道壓力相同。

試驗過程中，在滑壓控制機組負荷維持在50%左右后，盡量降低機組參數，隨后手動逐漸開啟各旁路閥門，同時嚴格監視汽動給水泵等設備運行狀態，待機組基本穩定后，點擊ATT 試驗按鈕，試驗順利完成。

圖2 高壓再熱器示意圖

圖3 低壓再熱器示意圖

3 總結與探討

汽閥活動試驗作為機組運行過程中唯一可以在線開展的汽閥試驗，對確保機組防超速事故的發生有著重大的意義，任何一臺機組在長周期運行過程中都應堅持定期開展該試驗。該項目所采用的汽輪機目前國內已投產數量較少，配套的鍋爐也是國內首臺，因此，調試過程中暴露出了很多問題，尤其是在交叉設備的專業設計與選型上有很多值得反思之處。

該機組的汽閥活動試驗存在兩個嚴重的問題：一是在設計階段沒有充分考慮主設備的交叉配合，導致ATT 試驗無法正常進行。雖然目前可以采用旁路系統配合調整的方法開展，但其試驗負荷和參數明顯受限，且頻繁開啟旁路門配合ATT 試驗很容易導致旁路閥門因反復沖刷而內漏，進而導致機組在長周期運行中經濟性指標下降，機組運行的經濟性和安全性發生明顯的沖突。二是在設計和選型階段僅考慮汽閥全行程活動試驗，而未考慮汽閥的部分行程活動試驗，例如該機組，由于其控制系統的高度集成化和自動化的特點，后期需要在DEH 系統中新增相應的控制邏輯并加以驗證，才能開展汽閥部分行程活動試驗。此外，部分行程試驗中，汽閥最小開度和動作順序仍有待驗證。

調試是對一臺機組設計、選型、施工和運行的驗證，調試的總結也是對其全過程的反思與總結，該機組所暴露出來的問題在國內較為罕見，但通過改善和改進也得到了解決。