汽輪機高壓調節閥問題分析及處理

摘 要：高壓調節閥是調節汽輪機主蒸汽進汽量的機構，它能否正常工作，對汽輪機安全穩定運行起著至關重要的作用。現主要對某鋼鐵公司發電站汽輪機高壓調節閥油動機現場行程測量連桿卡澀、油動機活塞抖動以及高壓調節閥的輸入值與反饋值偏差大等問題進行原因分析，并介紹了處理措施，處理后能確保汽輪機的正常安全運行及發電量不受影響。

關鍵詞：高壓調節閥;油動機;卡澀

0? ? 引言

某鋼鐵公司發電站汽輪機是以高爐煉鐵時產生的高爐煤氣和煉鋼時產生的轉爐煤氣作為燃料，利用一座320 t/h的高溫超高壓鍋爐給汽輪機提供高溫超高壓蒸汽進行發電。高壓進汽部分由主汽門與高壓調節閥組成，正常運行時主汽門全開，高壓調節閥運行方式也同步延展為單閥與順序閥兩種模式。鋼鐵企業煤氣管網壓力波動大的特殊性，導致機組負荷變化較大，為了能夠確保在負荷突變時不至于引起過大的熱應力和熱變形，目前該機組應用單閥運行模式。機組控制系統使用DEH控制系統，DEH控制系統示意圖如圖1所示，運行時由主控器提供設定值，合理轉化為單個高壓調節閥的對應開度指令，控制程序是利用位移傳感器LVDT1與LVDT2的平均值進行調門閥位控制，調節主蒸汽的進汽量，從而調節機組負荷。調節系統控制邏輯簡易圖如圖2所示。

1? ? 汽輪機高壓調節閥問題背景研究

某鋼鐵公司發電站2#機組額定功率為93 MW，于2018年3月1日投產運行。自2018年9月起，2#汽輪機發電機DEH調速系統就開始有故障，運行時發現負荷會有2～3 MW的波動，并且隨著時間的推移，負荷波動也逐漸變大;2019年7月開始負荷波動達到5～10 MW。高壓調節閥加減負荷有兩個檔位，分別為1%和0.2%調節度，如果用1%調節則負荷波動10 MW以上，用0.2%調節則負荷仍然有5～8 MW波動。

高壓調節閥中輸入值與反饋值偏差為3%～6%，且機組負荷波動不局限于某個負荷，有時50 MW加減波動頻繁，有時60 MW波動頻繁，因此在每個負荷上都可能波動;并且由于調門波動造成開機時升速曲線很難保證，轉速波動大，特別是在3 000 r/min額定轉速時大約有30 r/min的上下波動，造成機組并網困難。

由于2#汽輪機的負荷波動，為了保證機組不超負荷運行，運行中需要給機組負荷波動余量，造成2#機組運行時很難達到額定負荷93 MW，最高負荷只能維持在85 MW左右（此時負荷一直波動在80～90 MW，有時會波動到95 MW），同時也給配套的320 t/h高溫超高壓鍋爐的水位調節造成了很大影響。

另外，因為控制程序是利用位移傳感器LVDT1與LVDT2的平均值進行調門閥位控制，當調整其中任意一個位移傳感器的值時，其反饋值均會受到影響，所以為保證機組的安全正常運行，需要在停機情況下對高壓調節閥的反饋值進行修正。同時，發現油動機現場行程測量連桿出現卡澀現象，在調節中油動機現場行程測量連桿的行程受阻，造成油動機位移連桿彎曲。

油動機活塞經常抖動，在抖動時負荷突然增大，最高曾突然增大20 MW。為了防止機組負荷突然增大，超過額定功率，2#機組運行時必須給負荷留下波動余量，故而不能帶滿負荷，否則將嚴重影響機組的安全運行以及機組的發電量。

2? ? 問題產生的原因分析

2.1? ? 油動機現場行程測量連桿卡澀

油動機現場行程測量連桿與固定板的間隙太小且均為不銹鋼材質，沒有潤滑效果，容易造成卡澀現象;同時油動機中沒有安裝防塵裝置，固定板與行程測量連桿長期處于含塵環境中，固定板與行程測量連桿之間會積累一定量的灰塵，這也是導致測量連桿卡澀的原因。而行程測量連桿卡澀會使測量連桿行程受阻，導致位移連桿彎曲。

2.2? ? 油動機活塞抖動

油動機活塞與調節閥的連桿使用螺母連接，因為鋼鐵企業的特殊性，煤氣管網壓力波動大，使機組負荷變化較大，高壓調節閥需頻繁動作，長時間運行將造成油動機活塞與調節閥連桿的連接螺母松動，使閥芯開度與實際不符，并引起油動機活塞抖動，從而造成高壓調節閥的輸入值與反饋值偏差較大。

2.3? ? 高壓調節閥的輸入值與反饋值偏差大

根據上述分析可知，偏差大的原因主要為油動機活塞與調節閥連桿的連接螺母松動。控制程序是利用位移傳感器LVDT1與LVDT2的平均值進行調門閥位控制，當調整其中任意一個位移傳感器的值時，其反饋值均會受到影響，因此為了保證機組的安全正常運行，需要在停機情況下對高壓調節閥的反饋值進行修正。

3? ? 問題的處理

根據上述對油動機現場行程測量連桿卡澀[1-3]的原因分析，從避免固定板與行程測量連桿的金屬與金屬接觸出發，考慮在固定板孔與行程測量連桿之間加一個具有一定潤滑作用的石墨圓環。具體是將固定板孔擴大后，加入一個具有潤滑效果的厚度為20 mm剛性石墨圓環，為防止行程測量連桿上下運動時將其帶出，需要將其固定，同時為防止石墨環孔積灰后卡澀，將石墨圓環的內徑適當增加了0.5 mm，使現場行程測量連桿與石墨圓環之間存在一定的空隙，防止行程測量連桿在頻繁運動及長時間積灰后卡澀。加石墨環后示意圖如圖3所示。

根據上述對油動機活塞抖動的原因分析，對油動機活塞與調節閥連桿的連接螺母進行了固定，以免高壓調節閥頻繁動作、長時間運行造成油動機活塞與調節閥連桿的連接螺母松動。伊皓等[3-4]針對高壓調節閥閥桿的固定以及調門抖動問題的處理，決定在連接螺母與調節閥連桿中增加一個定位螺桿，起定位以及固定的作用，即對油動機活塞與調節閥連桿進行定位固定，確保油動機活塞與調節閥連桿的連接螺母不會因為頻繁動作而松動，從而避免油動機活塞抖動。

根據上述對高壓調節閥的輸入值與反饋值偏差大的原因分析，為確保在運行時能夠對位移傳感器進行修正或者更換，主要對控制程序做了些許優化。控制程序改為優先選擇位移傳感器LVDT1進行閥位控制，當位移傳感器LVDT1的偏差達到3%時，位移傳感器LVDT1報故障，同時自動切換至位移傳感器LVDT2控制。這樣，在單一位移傳感器LVDT故障時，可以在線對位移傳感器LVDT進行修正或者更換，從而有效避免單一位移傳感器LVDT故障導致閥門抖動甚至停機處理，確保機組的發電量不受影響。

4? ? 結語

綜上，本文針對油動機現場行程測量連桿卡澀、油動機活塞抖動以及高壓調節閥的輸入值與反饋值偏差大等問題，介紹了原因分析過程與處理措施。

（1）為避免固定板與行程測量連桿的金屬與金屬接觸，將固定板孔擴大后，加入一個具有潤滑效果的厚度為20 mm的剛性石墨圓環。

（2）在連接螺母與調節閥連桿中增加了一個定位螺桿，對油動機活塞與調節閥連桿進行定位固定，防止其因為經常調節而松動。

（3）對控制程序做了些許優化，改為優先選擇位移傳感器LVDT1進行閥位控制，當位移傳感器LVDT1的偏差達到3%時，位移傳感器LVDT1報故障，同時自動切換至位移傳感器LVDT2控制。

對上述問題進行處理后，汽輪機高壓調節閥問題得到了有效解決，汽輪機負荷波動減小，保證了汽輪機的安全運行以及發電量不受影響。

[參考文獻]

[1] 劉平，呂鵬飛.高壓主汽門及調門卡澀的原因分析與防范措施[J].華電技術，2011，33（7）：56-58.

[2] 連潮生，鄭杰.關于DEH控制系統故障造成調門卡澀的分析及對策[J].水利電力機械，2006，28（5）：9-11.

[3] 伊皓，楊勇剛，張三相.東汽600 MW汽輪機高調門運行中抖動在線處理[J].科技與創新，2014（11）：30-31.

[4] 張家余.600 MW機組高壓調節閥閥桿連接方式改造[J].科技風，2011（22）：57.

收稿日期：2021-08-12

作者簡介：柳元甦（1974—），男，江西萍鄉人，助理工程師，研究方向：工業自動化。