600 MW火電機組汽輪機中壓調節閥故障及優化處理

摘要：中壓調節閥是600 MW火電機組汽輪機生產與運行的重要組成部分，中壓調節閥部分一旦出現故障，則有可能導致機組運行出現隱患，甚至導致600 MW火電機組無法投入生產，對生產質量、人力、物力乃至財力都有一定消極影響。現以某火電項目中600 MW火電機組汽輪機中壓調節閥在日常生產中出現的故障為基礎，對故障的類型、誘發原因以及檢查過程、處理措施等進行整理與分析，期望能為相關工程提供借鑒與參考。

關鍵詞：600 MW火電機組；中壓調節閥；機組故障

中圖分類號：TK229.4" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）08-0067-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.08.017

0" " 引言

中壓調節閥是電站中汽輪組的關鍵構成部件之一，在火電機組汽輪機中壓缸的啟動與運轉過程中，中壓調節閥能夠控制汽輪機組整體的轉速以及初始負荷數值，中壓調節閥一旦出現卡澀故障，便有可能導致電廠整臺機組無法正常運轉[1-3]。而在具體的檢修過程中，有關中壓調節閥的處理時間較長，不僅會影響機組整體的運行質量，同時可能延誤工程工期。因此，及時且精準的故障檢測與優化處理是火電機組穩定運行、安全生產的基礎，同樣也是獲得廣大用戶信任的關鍵。

1" " 案例工程簡述及故障分析

1.1" " 案例工程簡述

本文研究以某火力發電站工程新建600 MW火電機組為例，該機組采用亞臨界、一次中間再熱、三缸、四排汽凝汽式汽輪機。為適應工程需求，兩臺600 MW火電機組汽輪機中壓缸兩側分別置有一臺中壓調節閥。其中，1#機組前期安裝以及調整、并網流程并無故障，在啟動并逐漸提升負荷的過程中，汽輪機中壓缸兩側中壓調節閥在熱態下出現了運行滯澀、卡頓的問題，導致機組整體無法穩定運行，被迫停機。經過適當檢查與處理后，該工程的中壓調節閥卡頓問題得到了有效解決。基于此，本次研究以600 MW火電機組汽輪機中壓調節閥啟動過程中出現的滯澀、卡頓問題為主，對故障產生的誘因、部位以及具體的檢查處理工作進行分析與總結。

1.2" " 中壓調節閥介紹

600 MW火電機組汽輪機的中壓調節閥通常由閥桿、閥芯、套筒、蝶閥、閥座、閥殼與執行機組共同構成。其中，中壓調節閥閥芯設置有預啟閥裝置，能夠在閥門開啟情況下降低機組所需要的提升力，相對獨立又緊湊的結構設計，能夠保障中壓調節閥在開啟或停機狀態下不受其自身狀態的影響，實現更快速、穩定的啟停機需求。中壓調節閥中的蝶閥亦可稱為翻板閥，它是作用于火電機組管道中一種結構簡單的高效性調節閥，可圍繞閥軸旋轉來達到開啟與關閉的目的，能夠對火電機組管道內的各種流動介質起到斷流、限流等作用。

1.3" " 故障分析

#1機組首次并網啟動，初始負荷逐漸升到40 MW左右時，汽輪機中壓缸兩側中壓調節閥均出現故障，進而無法完全開啟。其中汽輪機左側中壓調節閥開啟至45%時出現卡頓情況，右側中壓調節閥開啟至79%時出現卡頓情況，且機組開閘后，左右兩側中壓調節閥皆能夠完全關閉。

為明確導致卡頓情況的原因，現場技術人員關閉中壓調節閥等待其自然冷卻，待到中壓氣缸溫度下降至130 ℃時，重復對左側中壓調節閥進行10次啟停測試，測試結果表明，左側中壓調節閥僅在第三次測試中出現過一次較為短暫的卡頓情況，即在開啟25%左右時出現卡頓，其余9次啟停試驗皆未出現卡頓問題；而后對右側中壓調節閥進行同樣的啟停測試，結果表明，右側中壓調節閥在10次測試中并未出現卡頓情況。除此之外，左右兩側中壓調節閥在機組首次整套啟動前的冷態調試過程中也從未出現卡頓、滯澀、驟停問題。

而后停機進行詳細檢測，解除與閥桿相銜接的中壓調節油動機操縱機構進行獨立的測試工作，結果表明，兩組油動機的活動并無異常；單獨對右側中壓調節閥門進行解體檢查，發現其閥桿上方存在細微刮痕，除此外并無其他顯著缺陷以及異物、雜質等；重新安裝，并在冷卻狀態下多次開啟閥門，未能發現卡頓與異常現象。

確認無顯著問題后開啟第二次并網，準備對汽輪機組進行超速試驗檢測，設置開度指令為103%，過程中發現兩側中壓調節閥在汽輪機切缸時出現卡頓情況，左右側中壓調節閥卡頓分別在85%以及99%開度。通過輸入DEH指令，操縱左側中壓調節閥開展小頻率活動，在重復操作約10次后左中壓調節閥的開度達到了99%，與右側一同達到全開狀態。

機組帶負荷150 MW并穩定運行暖機4 h后，調整負荷至50 MW，然后重新開閘，為汽輪機組的超速試驗做準備。過程中發現左側中壓調節閥卡在12%開度，右側則卡在18%，且兩側均無法全關。通過DEH輸入相關指令操縱閥門進行小頻率活動，發現左側只能在12%～35%的開度活動，右側的開度活動范圍則在28%～50%。隨后立即在熱態下脫開油動操作機構與閥門連桿，完成這一工序后，左側中壓調節閥順利歸位，而右側中壓調節閥則始終卡頓，在14%左右的位置無法歸零，同時也無法全關。

冷卻機組并靜置14 h后，再次對左右兩側中壓調節閥門進行檢查，可見其均已回歸零位、完全關閉。

2" " 現場故障檢測與處理措施

2.1" " 閥門解體檢查

將左右兩側中壓調節閥進行解體后，進行如下檢測工作：

（1）對中壓調節閥各構件進行基礎外觀檢查，過程中發現閥桿上方存在刮痕，同時伴有一處類似于磨損的爬行痕跡，應用著色檢查技術對其進行深度檢測后，發現兩處外觀瑕疵都不會對機組運行機制、運行質量造成影響，且除此之外并無能夠導致機組卡頓的痕跡。機組整體清潔度良好，未發現顯著大體積粉塵、顆粒等雜質，閥門內部也未發現顯著異物。

（2）對中壓調節閥閥桿與閥蓋襯套的間隙進行檢測。對左右兩側中壓調節閥門襯套內徑進行單獨測量，其中左側閥門上襯套上端直徑為100 mm，下端直徑為99.92 mm，上下兩端存有0.08 mm的錐度；左側閥門下襯套也同樣存在相似的錐度問題，左側閥門閥桿直徑為99.64 mm，閥桿與左側上端襯套的間隙約為0.28 mm，實際測量結果與設計數值之間存在0.08 mm的誤差。對右側中壓調節閥進行測量后，發現了同樣的錐度問題以及測量數值小于設計數值的問題。

為解決這一問題，由現場技術人員利用旋轉修磨對左右兩側襯套內部進行打磨，以適當增加襯套內徑，從而增大閥桿與襯套的間隙，減小襯套上下端錐度。打磨以“少量多次”為原則，過程中反復對比實際數值與設計數值。為獲取更精準的測量結果，優化襯套的修整效果，現場技術人員臨時制備了一根直徑為99.98 mm、長度在500 mm左右的測試棒，實時檢測打磨效果。打磨工序完成后，左側中壓調節閥門上下襯套內徑為106 mm以及100.07 mm，閥桿與襯套間隙為0.42 mm，符合設計標準。對右側中壓調節閥進行相同的操作，處理后右側閥門上下襯套內徑分別為100.07 mm以及100.08 mm，最小間隙同樣為0.42 mm。

（3）檢查閥桿是否存在質量問題。以肉眼檢查及實際測量的方式，由技術人員將閥桿置于車床上檢測是否存在彎曲、粗細不均等問題。由檢查結果可知，沿軸向進行檢測，閥桿各處彎曲度皆小于0.02，且各處實測數值與設計數值之間的誤差不超過0.02 mm，排除彎曲以及粗細不均因素。

（4）對中壓調節閥各組件材質進行檢測，分析各組件材質是否與設計材質相同。結合資料可知，各組件設計材質分別為：閥桿（2Cr12NiMo1W1V），襯套（20Cr1Mo1V），蝶閥（12Cr2Mo1），密封環（12Cr2Mo1）。

現場測量后可知，除去左右兩側中壓調節閥所使用密封環的材質與設計材質存在誤差外，其余各組件材質皆符合設計標準。因此，機組啟動后，熱態下的蝶閥出現了顯著的膨脹，而其膨脹受到了閥套密封環的限制，進而限制了機組整體運行，故需要及時更換密封環。現場技術人員將這一結果上報給部門領導，經審批后以最快的速度從合作工廠購置了與設計材質相同的密封環，并進行了更換。

2.2" " 油動機與熱工電信號檢查

在機組閥門冷卻狀態下，對左右側中壓調節閥進行啟停試驗，多次試驗后發現閥門均能正常開關；對火電機組汽輪中壓缸兩側中壓閥門油動機操縱機構及閥桿進行解體處理并開展單獨測試，發現兩側油動機狀態良好，活動正常，不存在故障。基于此，可明確本次卡頓事故的原因不在于熱工電信號以及伺服閥故障，同時也排除了油動機自身的卡頓故障隱患。

2.3" " 中壓調節閥十字頭導向桿與導向孔間隙測量

首先利用塞尺對中壓調節閥十字頭導向桿與導向孔的間隙進行現場測量，塞尺的規格為0.05 mm。其中針對左側中壓調節閥的間隙，塞尺只能塞入0.1 cm左右；而右側中壓調節閥則可完全塞入塞尺。將左右兩側中壓調節閥十字頭導向桿調整為未完全從導向孔取出的狀態，而后利用千分尺對其進行測量，其中左側中壓調節閥導向孔內徑為144.83 mm，右側則為144.91 mm；隨后將左右兩側中壓調節閥十字頭導向桿調整為完全取出的狀態，測得左側導向孔上中下三端內徑分別為144.75、144.70、144.60 mm，右側導向孔上中下三端內徑分別為144.95、144.85、144.70 mm；左右兩側導向桿直徑均為144.55 mm。測量過程中發現十字頭導向桿從導向孔中完全取出前以及完全取出后兩次測量結果之間存在偏差，推測可能是受到導向孔內襯材質變化、內襯回彈效果變差的影響。最終結合實際情況，按照十字頭導向桿完全取出狀態下的測量數據進行實踐分析。左右兩側中壓調節閥十字頭導向桿與導向孔間隙最小設計值為0.29 mm，對比可知，左側中壓調節閥的最小配合間隙測量結果僅有0.05 mm，與設計值之間存在0.24 mm的誤差。為增加十字頭導向桿與導向孔的間隙，由技術人員于現場對左側十字頭導向桿進行加工，將其直徑縮小至144.20 mm。由現場測量結果可知，右側十字頭導向桿與導向孔間隙存在同樣的誤差情況，故將右側十字頭導向桿上車床加工至144.35 mm。最終，左右兩側中壓調節閥十字頭導向桿與導向孔的間隙值符合設計數值標準。

3" " 優化處理效果

經過徹底的解體檢查后，對600 MW火電機組汽輪機左右兩側中壓調節閥的閥蓋襯套、十字頭導向桿進行現場加工處理，同步更換密封環。在各項數值皆符合設計標準后，對左右兩側中壓調節閥進行冷態、熱態下的多次啟停試驗，皆未再出現卡頓現象。而后在600 MW火電機組汽輪機正式啟動后，陸續進行增大負荷、超速試驗等各項運行試驗活動，機組左右兩側中壓調節閥在各項試驗中均未出現卡頓情況，機組整體運行狀態良好，可正常投入運行。可見解體檢查能夠精準地分析出火電機組中壓調節閥各組件的問題與瑕疵，方便技術人員進行針對性調整，具有一定的實操與推廣應用價值[3]。

4" " 結語

中壓調節閥作為火電站中汽輪機組的關鍵組成部件，通常會在正式運行前由工廠進行預先組裝。因此在正式運行過程中，現場技術人員往往會下意識地忽視對其內部組件尺寸、材料的核實與復查，在正式投入運行并出現卡頓問題后，才不得不停機進行檢查處理。這一過程不僅損耗了大量的資金、人力成本，同時也延誤了火電機組的投運期限，加劇了企業的生產成本支出。由此可知，在日后類似的工程建設中，相關技術人員需要加強對類似問題的關注，在現場安裝階段便對各部件進行充分檢查，以便盡早發現材料、尺寸等方面的潛在問題，并及時予以解決。

[參考文獻]

[1] 郝思鵬，黃賢明，劉海濤.1 000 MW超超臨界火電機組電氣設備及運行[M].南京：東南大學出版社，2014.

[2] 唐田.600 MW火電機組汽輪機冷態啟動自動鎖閥程序優化[J].設備管理與維修，2022（13）：74-76.

[3] 周黎明.基于先導成栓閥的600 MW火電機組節能輸灰技術研究與應用[J].電站系統工程，2022，38（3）：47-48.

收稿日期：2022-12-09

作者簡介：劉虎威（1988—），男，山西原平人，助理工程師，研究方向：火電廠集控運行。