鍋爐給水再循環調門故障診斷及原因分析

朱啟春，常 屹，孫艷平

(1.內蒙古京隆發電有限責任公司，內蒙古 豐鎮 012100；2.北京京能電力股份有限公司，北京 100000)

1 概述

內蒙古京隆發電有限責任公司汽輪機為上海汽輪機廠生產的N600-16.67/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、高中壓合缸、直接空冷反動式凝汽機組。兩臺機組分別于2007年和2008年開始投產發電，其配套給水泵組為上海電力修造廠提供的，每臺泵為50%額定容量，主泵為型號FK4E39M，液力耦合器型號為R17K500M，前置泵型號為FA1D67A，電動泵組的驅動方式及配套形式為：前置泵由電動機的一端直接驅動，給水泵由電機另一端通過液力耦合器驅動。它們之間由墊片式撓性聯軸器連接。

配套鍋爐給水泵再循環調整門為美國Copes Vulcan。在2011年，將#2機組#2給水泵再循環調門更換為國產調節閥，投運后設備運行較為穩定。2019年該閥門檢修后出現故障，故障現象為在#2給水泵啟動并列運行或由于機組負荷下降需要停運該泵時，再循環調門無法開到全開位置，并且閥門存在較為嚴重的自關現象，最大關到70%，已經達到了跳泵條件，影響設備的正常起停。

2 再循環調門結構形式及運行工況

2.1 結構形式

圖1 閥體結構

該閥門結構特點是采用多級渦流降壓，節流級數為4級，采用平衡閥芯結構。介質的流動方向為從閥芯的側上部進入腔體，經過逐級截流，流至出口并進入除氧器。

該閥門在閥芯頂部對稱開有2個10mm的平衡孔，閥芯中心開有20mm的平衡孔，頂部與中心平衡孔相同，使得閥門上腔及閥門下腔相連通，實現自平衡。在閥芯頂部區域設置有四級密封，四級密封采用進口材料，密封形式內部為O型密封圈，外部配合聚四氟材質的導向環，兩種密封配合使用，其主要作用是當介質從側向進入閥體時防止高壓介質進入閥芯上腔或只允許少量的介質進入上腔，這樣當閥門開啟的時候，進入的多余流體就可以通過平衡孔流入閥門出口，實現閥門的正常開關。

氣動頭采用美國FISHERMEN，氣動頭為單向進氣，工作方式為上腔進氣，閥門關閉，上腔排氣，閥門靠彈簧力開啟，上腔的進氣采用儀用壓縮空氣，壓縮空氣壓力為0.36MPa。

圖2 氣動頭結構

2.2 運行工況

2.2.1 給水泵的啟動。給水泵啟動允許條件是電泵再循環調節閥開度>80%，緩慢調整勺管開度，提高主泵轉速，逐漸關閉給水再循環調門，當主泵入口流量≥600t/h時，最小流量調節閥應自動關閉。

2.2.2 給水泵的停止。給水泵須退出運行時，將機組負荷降至370MW以下，檢查給水泵再循環調整閥處于“自動”狀態，將勺管自動解除，手動將給水泵轉速降低至1 000r/min，當主泵入口流量降至300t/h時，給水再循環調門全開至100%。

表1 給水泵跳閘條件

3 再循環調門故障現象及原因分析

3.1 故障現象

給水泵在啟動過程中，給水再循環調門從100%開度的情況下，隨著再循環調門壓力及流量的增大，再循環調門無法定位，存在較為明顯的自關現象，給水泵在停運過程中，給水再循環調門無法開啟到100%，只能開啟到某一個值，導致給水泵無法正常停運。圖3為#2機組#2給水泵停運過程中的缺陷趨勢，圖中綠色為鍋爐給水流量，黃色為主汽壓力，紅色為給水再循環調門開度。

圖3 停泵曲線圖一

從圖3中可以看到，當需要減小機組出力時，給水流量下降，再循環調門指令是全開，即開至100%，但是當再循環調門開至65.66%時，調門無法繼續開啟，當主汽壓力進一步降低時，再循環調門有逐步開啟的趨勢，說明再循環調門的開啟幅度與主汽壓力有某些相關性，即主汽壓力低時，再循環調門可以正常開啟。

圖4 停泵曲線圖二

3.2 原因分析

3.2.1 再循環調門閥芯密封組件損壞。當高壓給水從閥籠孔進入閥芯時，閥芯密封組件是阻止給水進入閥芯上腔的唯一的通道，因此當閥芯密封效果不佳時會有大量的高壓水進入閥芯上腔，當閥門接收到開啟的指令時，氣缸上腔排氣，閥芯在彈簧力的作用下自動打開，但是，如果閥芯上腔有大量的高壓水存在時，一方面增大了整個閥芯向下的力，同時由于流體不可壓縮，因此開啟必然存在較大困難，當漏流量達到某一個值時，閥門就會停留在某一開度下，處于平衡狀態。

3.2.2 平衡孔設計不合理。平衡孔的主要作用是當有高壓給水進入上腔時，閥芯上的平衡孔能夠將水通過平衡孔泄放至出口管道，但是當平衡孔設計的直徑不夠大，不足以泄放從密封位置泄漏至上腔的水時，則再循環調門仍然無法實現自由開關。

3.2.3 氣動執行結構選型不合理。氣動執行機構是閥門開啟的主要作用力，因此當執行機構選型不合理時，就不足以抵消閥芯收到的向下的作用力，同樣無法開啟閥門或開啟至某一個值時出現卡澀現象。

3.2.4 氣動執行機構彈簧失效。由于該型執行機構是靠彈簧來開啟的，因此氣動執行機構的彈簧就顯得尤為重要。當彈簧長時間使用發生彈力下降，或是彈簧失效，同樣會導致閥門開啟力過小，導致正常運行過程中閥門無法開啟。

3.2.5 氣動執行機構定位裝置失效。該型氣動執行機構開啟時需要氣動定位裝置正常，同時管路上的電磁閥自動開啟，將氣動頭上腔的壓縮空氣排放，當定位器失效時閥門則無法實現有效的定位，電磁閥無法正常開啟時，上腔不排氣，則閥門亦無法開啟。

針對以上分析，專業分別展開了排查工作，最終排除了其中3項，確定故障的原因為閥芯密封組件損壞，執行機構的彈簧疲勞。

4 再循環調門處理方法

4.1 更換再循環調門閥芯密封組件

采購原廠閥芯密封組件，保證閥芯內部的泄漏量符合閥門的設計要求。

4.2 調整執行結構彈簧預緊力

將彈簧的預緊力增大，即將彈簧調整件調整至彈簧緊力最大，保證在彈簧有疲勞的情況下也能夠保證向上的拉力符合設計要求。

5 結論

從以上5個影響給水再循環調門故障率的方面入手，得出閥芯密封組件泄漏和彈簧預緊力不足是導致給水再循環調門卡澀的主要原因，通過更換調門密封組件及調整彈簧緊力使得調門運行正常，消除了設備存在的故障，該缺陷的消除對其他有類似設備的電廠提供了很好的借鑒意義。