汽輪機EH 油管道振動原因分析及處理方案

裴緒亮

（中煤能源新疆煤電化有限公司，新疆昌吉 831700）

0 引言

對于汽輪機管道振動的研究，首先需要了解汽輪機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，再結(jié)合實際工況分析可能發(fā)生損壞的部位。其次根據(jù)相關(guān)資料計算出事故產(chǎn)生原因，制定有效合理的防控措施并提出解決方法。最后針對管道沖擊問題研究出相應(yīng)預(yù)防方案，減少損失，降低風(fēng)險。

在汽輪機EH 油系統(tǒng)中，沖擊波主要是通過管道傳遞到相應(yīng)的設(shè)備上，沖擊波會對轉(zhuǎn)子造成一定程度影響。而引起振動的原因有很多種，其中最為主要的是由管壁處產(chǎn)生泄漏和流化現(xiàn)象，其次是流體動平衡時出現(xiàn)流動不均勻等因素導(dǎo)致流動失衡、流量分配不當(dāng)?shù)龋@些情況會給汽輪機EH 油系統(tǒng)帶來不利影響。為防止此類事故發(fā)生，必須加強對管道定期檢查及相關(guān)實驗。

1 EH 油系統(tǒng)的基本情況

EH 油又稱抗燃油，是供應(yīng)給DEH（Digital Electro-Hydraulic，汽輪機數(shù)字電液控制）系統(tǒng)的一種高壓阻燃防爆油，是汽輪機系統(tǒng)中專門用來驅(qū)動汽輪機調(diào)門開關(guān)的油。EH 油系統(tǒng)主要包括油箱、油泵、油再循環(huán)泵、再生裝置、冷油器、蓄能器、油動機等附件，按其功能分為EH 供油系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)部分、危急遮斷部分。每臺機組配置一臺EH 油箱、兩臺壓力補償式變量柱塞泵、兩臺100%容量的冷卻器和溫度調(diào)節(jié)裝置、兩臺循環(huán)泵、兩套EH 油再生裝置，靠再生裝置保持油品質(zhì)，靠冷油器有效維持油溫。當(dāng)系統(tǒng)流量增加時，系統(tǒng)油壓將下降，如果油壓下降至壓力補償器設(shè)定值，壓力補償器會調(diào)整柱塞的行程來提高系統(tǒng)的壓力和流量。同理，當(dāng)系統(tǒng)用油量減少時，壓力補償器減小柱塞泵行程，減少泵的油排量。

2 600 MW 機組EH 油系統(tǒng)故障分析

2.1 故障現(xiàn)象

某電廠有兩臺660 MW 燃煤火力發(fā)電機組，采用東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的D660AZ 汽輪機（NJK660-27/600/610 型）。

（1）3 號機組在600 MW 及以上高負荷運行時、快速升降負荷過程中，發(fā)現(xiàn)EH 油管道在高調(diào)門開度到60%以上時EH 油管道劇烈振動、高調(diào)門門桿波動嚴(yán)重。

（2）4 號機組負荷由650 MW 升至660 MW、高壓調(diào)門開度在由57%開至68%位置時，高壓調(diào)門出現(xiàn)連續(xù)性抖動、EH 油管道晃動較大并且油箱伴隨振動，但是在負荷降至600 MW 之后、高壓調(diào)門開度在60.8%以下時，EH 油管道及油箱振動消失。

2.2 原因分析

（1）因汽輪機高壓缸只有兩個進汽調(diào)門，呈左上和右下切向布置，油動機上安裝為東方汽輪機自主研發(fā)大流量伺服閥，導(dǎo)致調(diào)門開度超過50%以后調(diào)節(jié)速率所需要的進油量更大。由于場地限制彎管較多、油管道壓損較大，造成局部阻力過大，限制了油量增加。在EH 油系統(tǒng)設(shè)計有6 組丁基橡膠皮囊式蓄能器，預(yù)充氮壓力為（10±0.2）MPa，當(dāng)油動機進油量突然加大時，因蓄能器數(shù)量不足而不能保持系統(tǒng)油壓穩(wěn)定，造成油壓大幅波動。

（2）高壓調(diào)節(jié)閥配汽曲線不合理。因汽輪機廠設(shè)置的配汽曲線在汽機主控指令96.16%時對應(yīng)的調(diào)門開度指令為50.35%，主控指令100%時對應(yīng)的調(diào)門開度指令為81.34%，汽機主控指令從96.16%變化到100%，對應(yīng)的調(diào)門開度指令變化達到30%，其配汽曲線過陡，從而造成閥門開度過大、油動機所需油量急劇增加，因EH 油泵供油量調(diào)整不及時造成系統(tǒng)油壓大幅波動，進而引起管路振動。

3 應(yīng)對措施

3.1 EH 油管道的檢查與固定

在管道中油管受到的沖擊主要是壓力波，其產(chǎn)生振動的原因有很多，如材料因素、施工工藝和現(xiàn)場管理等，其中最重要的是壓力波動。首先，在管道內(nèi)壓力波傳播過程中是以氣液兩相為主體進行流動，而當(dāng)流速過大時容易引起泄漏現(xiàn)象，從而導(dǎo)致油溫升高以及溫度下降速度加快，造成事故隱患。其次，在管壁附近形成較大面積的沖擊力，使其產(chǎn)生振動并對周圍環(huán)境有一定影響，從而導(dǎo)致油溫升高和溫度下降，甚至引起管道內(nèi)壓強增大、導(dǎo)致破裂等事故發(fā)生。

為防止管道振動，造成后期管夾支撐松動，及對現(xiàn)場對振幅較大的EH 油管進行加固，并對油管路滑動支撐與地面連接進行加固，取消滑動支撐，改為與地面預(yù)埋件滿焊連接。后期利用等級檢修，對EH 油管進行專項檢查，如焊縫、管道支吊架等相關(guān)附屬設(shè)備。

3.2 增加高壓蓄能器

根據(jù)計算結(jié)果，在EH 油管路增加2 組2×40 L 的蓄能器，以確保EH 油油量突變時油壓不發(fā)生大幅變化（圖1）。

圖1 蓄能器安裝示意

3.3 調(diào)節(jié)高壓主汽門開度

通過與東汽相關(guān)技術(shù)人員進行溝通，對配汽曲線進行了重新調(diào)整，目前閥門開度限制值與上版不變，并對滑壓曲線進行了調(diào)整，適當(dāng)提高各負荷下主汽壓力，降低運行時閥門開度。

高壓調(diào)節(jié)閥配汽的對應(yīng)數(shù)據(jù)如表1 所示。其中，H 為閥桿總行程，包括預(yù)啟閥和調(diào)節(jié)閥升程，Dc為調(diào)節(jié)視喉部直徑，各高壓調(diào)節(jié)閥全開時，相對升程H/Dc均為36.88%，考慮到減小大開度下縄門波動，將最大相對升程限制為30.0%，影響高壓進汽流量為3%；流量百分比是在某蒸汽參數(shù)F 通過閥門的流量占，在該參數(shù)下閥門全開所能通過流量的百分數(shù)。

表1 高壓調(diào)節(jié)閥配汽對應(yīng)數(shù)據(jù)

3.4 加強油質(zhì)監(jiān)督

汽輪機調(diào)門油動機伺服閥卡澀或內(nèi)漏，也是引起EH 油管道振動的原因之一。當(dāng)伺服閥接收到指令信號后，因其內(nèi)部故障產(chǎn)生振蕩，使輸出流量發(fā)生變化，造成油動機擺動，從而引起油壓發(fā)生變化，導(dǎo)致EH 油管道振動。因此加強EH 油系統(tǒng)油質(zhì)監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)油質(zhì)不合格及時分析原因并加強濾油，確保油質(zhì)特別是顆粒度指標(biāo)在合格范圍內(nèi)。對于伺服閥的檢查，利用停機時間及時進行更換并返廠進行清洗，清洗后要有清洗合格報告。對管道進行清理檢查，也是防止EH 油管道振動的有效辦法。

（1）對于有油污、蒸汽等雜質(zhì)的地方，應(yīng)及時清除，防止堵塞，發(fā)現(xiàn)問題要立即停止運行。

（2）更換管壁泥漿中含有大量腐蝕性物質(zhì)的管道和閥門。（3）在清洗過程中需要注意，應(yīng)在沖洗干凈之后再徹底清掃槽底殘留物，最后用除銹劑除去油污或雜質(zhì)。

采取上述措施之后，在汽輪機靜態(tài)拉閥試驗過程中，EH 油管未出現(xiàn)大的振動，調(diào)門開度限制也由53%調(diào)整至66%，這在一定程度上提高了機組負荷響應(yīng)速度和一次調(diào)頻能力。

4 結(jié)束語

汽輪機EH 油系統(tǒng)管道的振動會引起各類問題，主要原因是EH 油管壁處存在較大的摩擦力，另外還有一些零部件本身存在一定的磨損。因此，必須對其進行嚴(yán)格控制。在分析過程中應(yīng)考慮很多方面因素：首先，應(yīng)該確定什么情況下使用何種方式來減小沖擊波；其次，通過計算得到相應(yīng)頻率上產(chǎn)生沖擊波時，如何將沖擊壓力有效降低到最低并使管道處于安全范圍內(nèi)；最后，根據(jù)實際運行條件選擇合適類型和參數(shù)，以達到減少管壁處振動的破壞作用。

EH 油系統(tǒng)在整個汽輪機機組的安全穩(wěn)定運行過程中發(fā)揮著重要作用，本文進行分析并制定了相應(yīng)解決方案，以期為此類機組的穩(wěn)定運行提供維護經(jīng)驗。