給水泵汽輪機速關閥閥位波動分析與處理

嚴祥燁

（浙江浙能樂清發電有限責任公司，浙江 樂清 325609）

0 引言

大型發電廠廣泛采用小汽輪機驅動鍋爐給水泵，小汽輪機的安全穩定運行至關重要。本文介紹了浙能樂清發電有限責任公司某臺660MW超超臨界機組C修后啟機，給水泵汽輪機轉入正常運行，在速關油、啟動油、試驗油壓力正常穩定狀況下，速關閥閥位出現隨其進汽參數變化而波動的異常情況，通過分析、排查、判斷，利用機組調停機會，更換速關閥油動機密封件，消除了隱患。

1 設備及故障概況

1.1 設備概況

浙能樂清發電有限責任公司660MW超超臨界機組配備兩臺50% BMCR容量的NK63/71/0型給水泵汽輪機（簡稱小機），為單缸、軸流、反動凝汽式汽輪機。小機汽源兩路，低壓汽源為輔汽及主機四級抽汽，高壓汽源為再熱冷段蒸汽，額定進汽參數1.18MPa/381℃[1]。速關閥與汽缸法蘭連接，水平安裝于進汽室側面，其作用是在盡可能短的時間內切斷進入汽輪機的蒸汽[2]。正常運行時速關閥處于全開位置，由MEH控制調節汽閥（管道調節閥）開度實現小機轉速響應。

1.2 故障情況

3#機組C修后開機轉入正常運行，3A小機速關閥出現閥位波動，幅值約5%，大值約98.5%，小值約93.8%。其速關油壓0.92MPa、調節油壓0.96MPa、啟動油壓0MPa均正常，其他相關參數亦正常。該小機速關閥油動機C修期間解體檢修，更換密封件。

3A速關閥閥位隨機組負荷增加，小機進汽量、壓力上升，在某個臨界點附近，閥位趨于緩慢下行，至93.8%左右穩定，不再隨小機進汽參數增加而下行；反之，速關閥閥位隨機組負荷減小，小機進汽量、壓力下降，在某個臨界點附近，閥位趨于緩慢上行，至98.5%左右穩定，不再隨小機進汽參數減小而上行。如圖1，在一定的負荷區間，速關閥閥位與小機進汽參數（主機負荷）有明顯的相關性，閥位存在約5%的波動。現場檢查閥桿有3-4mm位移。

圖1 機組負荷—速關閥閥位

2 速關閥故障分析

2.1 速關閥的結構及工作原理

速關閥主要由閥門本體和油動機兩部分組成，見圖2。新蒸汽經蒸汽濾網流向閥碟，該閥碟裝有一卸荷閥碟，以減少速關閥開啟時的提升力。速關閥由調節油控制，通過液壓組合件和油動機共同來完成開啟過程。油動機主要由缸體、活塞、活塞盤、彈簧、試驗活塞、彈簧座等組成。先建立的啟動油經接口F到活塞（14）右側，使活塞克服彈簧（12）力并將其壓向活塞盤（15），使活塞盤與活塞形成密封并成為整體[3]，而后由液壓組合件來的速關油經接口E進入活塞盤左側，速關油壓力克服彈簧力將活塞盤和活塞一起推到試驗活塞（17）的終點位置[4]，閥桿右端與活塞盤連接，速關閥隨活塞盤的移動而開啟；此時，活塞右側的空間經回油接口T和液壓組合件中的回油口相通。在手動緊急停機閥或緊急停機電磁閥動作時，速關閥油動機活塞盤左側的速關油壓急劇下降，彈簧力迅速推動活塞盤、閥桿、閥碟關閉。活塞盤左側殘留的部分速關油流入活塞和彈簧空間并經回油口T排出。

圖2 速關閥

速關組合件是小機保安和控制系統的集合，能實現小機正常啟停機、電動與手動緊急停機、速關閥的啟閉[5]。主要由停機電磁閥2222、2223，速關油電磁閥1842、啟動油電磁閥1843，試驗電磁閥2309，手動停機閥2250，溢流閥1853以及插裝閥Gg16、Gg40組成，見圖3。

圖3 速關組合件

掛閘時，速關油電磁閥1842、啟動油電磁閥1843同時得電，時間繼電器開始計時，電磁閥1842的A口與T口導通，P口與B口導通，Gg16插裝閥關閉，E1與E2通道切斷；同時，電磁閥1843的P口與B口導通，建立開關油M和啟動油F。開關油M使危急保安器的滑閥處于工作位置，壓力油從接口P經節流孔板進入危急保安器，其中的速關油回油被切斷，而使速關油流入速關組合件[3]。延時15秒，電磁閥1842失電復位，E1與E2導通建立速關油進入速關閥，此時速關油E和啟動油F分別處于速關閥油動機活塞兩側，依靠溢流閥1853的限壓作用，使速關油壓E高于啟動油壓F約0.05MPa，啟動油緩慢卸掉，活塞與活塞盤整體在速關油的壓力作用下推動速關閥緩慢開啟[6]。60秒后，啟動油電磁閥失電復位，啟動油與回油T口連通，速關閥全開[7]。

當任一跳閘信號觸發小機保安系統或手動打閘時，都會使速關油急劇泄壓至零，彈簧力迅速關閉速關閥。

2.2 故障原因分析

2.2.1 熱控方面

（1）測量回路信號干擾，干擾信號串入速關閥位反饋回路。

（2）速關閥線性位移差動變送器（LVDT）故障。

（3）MEH速關閥相關的卡件或其他部件故障。

2.2.2 機務方面

（1）速關閥閥位反饋機械連接件松脫，在有振動源的情況下，連接件的往復性位移。

（2）調節油系統少量的泄漏，致速關油壓可見的或未見的下降。

液壓系統的泄漏，是指介質油液由于某種不被希望發生的原因越過了邊界，從一個空間進入另一個空間的現象[8]。泄漏分為外漏和內漏。外漏是指油液漏到了系統外面，內漏是指液壓元器件內部油液的泄漏。油質劣化時，油中雜質顆粒附著于調節油系統及危急保安裝置的滑閥、插裝閥、電磁閥、單向閥等部件，造成卡澀、不到位，形成內漏；上述閥門及油動機等部件的密封件沖刷、磨損、老化，亦會造成內漏。微量的外漏或內漏，造成速關油壓可見的或未見的下降，最終都會使其作用于速關閥油動機活塞上的壓力降低，推力減小。

圖2可見，速關閥上主要有順蒸汽汽流方向作用在閥碟上的壓力F，油動機活塞盤上的彈簧力f，速關油作用于油動機活塞盤的壓力F′；f是恒定的，F′在速關油漏流量穩定情況下也視為不變。正常工作時，速關閥全開，F+f≤F′。當速關油泄漏量小于進入危急保安裝置P口節流孔板的油量時，微量的壓降，雖然可能不為監測的速關油壓所反映，但F′會小于原值。進入流關型速關閥的蒸汽流量、壓力等參數增至某一臨界點時，順蒸汽汽流方向作用在速關閥閥碟上的壓力F和活塞盤上彈簧力f之負向合力大于速關油作用于油動機活塞盤的正向壓力F′時（F+f>F′），速關閥趨向關小，直至平衡（F+f=F′）而穩定于某個閥位；反之，速關閥趨向開大，直至平衡。如此，速關閥閥位隨其進汽參數變化而有限波動。

速關閥油動機E、T油口，T、F油口間裝有兩道開口軸用密封，聚四氟乙烯材質，規格D220×240.7×8.1，主要起定位、導向、密封活塞作用，裝配中軸用密封可有弧長約0-5mm的開口。若這兩道軸用密封開口未控制好，間隙偏大，密封效果下降，速關油經T回油口的泄漏量會增加，以E、T油口間這道密封影響更大。由于這個開口截面泄漏量是恒定的，也使得運行中速關閥閥位規律的波動有著良好的重現性。

3 故障處理過程

3.1 檢查排摸

（1）熱控檢測MEH及3A速關閥測量回路信號、硬件等，未見異常；

（2）檢查速3A速關閥關閥閥位反饋機械連接件無松動；

（3）油質化驗合格；檢查調節油系統無外漏；點溫計測量速關組合件模塊各個電磁閥、危急保安器閥體溫度正常；點溫計測量速關閥上4根、危急保安器上3根進回油管遠端溫度（減少汽缸等高溫熱源影響）未見明顯異常；鑒于3A小機靜態試驗時掛閘、打閘正常，各相關油壓正常，基本排除上述各閥門存在明顯泄漏，不排除存在微量的泄漏。

（4）運行時無較好的檢測速關閥軸用密封開口間隙方法，結合C修更換過該軸用密封及故障分析，基本判斷該E、T油口間軸用密封開口間隙偏大。

3.2 運行處理

速關油泄漏量可控，閥位波動輕微有限，加強監視為主，同時將速關閥松動試驗關小20%定值改至10%，減少擾動。

3.3 檢修處理

機組調停機會，解體檢查3A速關閥，測量E、T，T、F油口間軸用密封開口間隙弧長分別為約20mm、5 mm，遂更換備件，控制間隙弧長不大于5mm。恢復運行后速關閥閥位無波動，故障消除。

4 結論

速關閥油動機軸用密封開口間隙偏大是樂清發電公司NK63/71/0型給水泵汽輪機速關閥閥位波動的根本原因。通過故障分析診斷，找出了故障點，評估了風險，避免了不必要的出系檢修，在合適的時機檢修消除了隱患。同時制訂了防范措施，增加了修后速關閥油動機軸用密封開口間隙驗收標準。期望上述分析及處理能對類似機組的故障分析和應對有所借鑒。