引言

中壓調(diào)節(jié)閥是電站中汽輪組的關(guān)鍵構(gòu)成部件之一,在火電機(jī)組汽輪機(jī)中壓缸的啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,中壓調(diào)節(jié)閥能夠控制汽輪機(jī)組整體的轉(zhuǎn)速以及初始負(fù)荷數(shù)值,中壓調(diào)節(jié)閥一旦出現(xiàn)卡澀故障,便有可能導(dǎo)致電廠整臺(tái)機(jī)組無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而在具體的檢修過程中,有關(guān)中壓調(diào)節(jié)閥的處理時(shí)間較長,不僅會(huì)影響機(jī)組整體的運(yùn)行質(zhì)量,同時(shí)可能延誤工程工期。因此,及時(shí)且精準(zhǔn)的故障檢測與優(yōu)化處理是火電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行、安全生產(chǎn)的基礎(chǔ),同樣也是獲得廣大用戶信任的關(guān)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(fā)電站工程新建600MW火電機(jī)組為例,該機(jī)組采用亞臨界、一次中間再熱、三缸、四排汽凝汽式汽輪機(jī)。為適應(yīng)工程需求,兩臺(tái)600MW火電機(jī)組汽輪機(jī)中壓缸兩側(cè)分別置有一臺(tái)中壓調(diào)節(jié)閥。其中,1#機(jī)組前期安裝以及調(diào)整、并網(wǎng)流程并無故障,在啟動(dòng)并逐漸提升負(fù)荷的過程中,汽輪機(jī)中壓缸兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥在熱態(tài)下出現(xiàn)了運(yùn)行滯澀、卡頓的問題,導(dǎo)致機(jī)組整體無法穩(wěn)定運(yùn)行,被追停機(jī)。經(jīng)過適當(dāng)檢查與處理后,該工程的中壓調(diào)節(jié)閥卡頓問題得到了有效解決?；诖?本次研究以600MW火電機(jī)組汽輪機(jī)中壓調(diào)節(jié)閥啟動(dòng)過程中出現(xiàn)的滯澀、卡頓問題為主,對故障產(chǎn)生的誘因、部位以及具體的檢查處理工作進(jìn)行分析與總結(jié)。

1.2中壓調(diào)節(jié)閥介紹

600MW火電機(jī)組汽輪機(jī)的中壓調(diào)節(jié)閥通常由閥桿、閥芯、套筒、蝶閥、閥座、閥殼與執(zhí)行機(jī)組共同構(gòu)成。其中,中壓調(diào)節(jié)閥閥芯設(shè)置有預(yù)啟閥裝置,能夠在閥門開啟情況下降低機(jī)組所需要的提升力,相對獨(dú)立又緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),能夠保障中壓調(diào)節(jié)閥在開啟或停機(jī)狀態(tài)下不受其自身狀態(tài)的影響,實(shí)現(xiàn)更快速、穩(wěn)定的啟停機(jī)需求。中壓調(diào)節(jié)閥中的蝶閥亦可稱為翻板閥,它是作用于火電機(jī)組管道中一種結(jié)構(gòu)簡單的高效性調(diào)節(jié)閥,可圍繞閥軸旋轉(zhuǎn)來達(dá)到開啟與關(guān)閉的目的,能夠?qū)痣姍C(jī)組管道內(nèi)的各種流動(dòng)介質(zhì)起到斷流、限流等作用。

1.3故障分析

#1機(jī)組首次并網(wǎng)啟動(dòng),初始負(fù)荷逐漸升到40MM左右時(shí),汽輪機(jī)中壓缸兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥均出現(xiàn)故障,進(jìn)而無法完全開啟。其中汽輪機(jī)左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥開啟至45%時(shí)出現(xiàn)卡頓情況,右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥開啟至A2%時(shí)出現(xiàn)卡頓情況,且機(jī)組開閘后,左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥皆能夠完全關(guān)閉。

為明確導(dǎo)致卡頓情況的原因,現(xiàn)場技術(shù)人員關(guān)閉中壓調(diào)節(jié)閥等待其自然冷卻,待到中壓氣缸溫度下降至l30℃時(shí),重復(fù)對左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行l(wèi)0次啟停測試,測試結(jié)果表明,左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥僅在第三次測試中出現(xiàn)過一次較為短暫的卡頓情況,即在開啟K5%左右時(shí)出現(xiàn)卡頓,其余2次啟停試驗(yàn)皆未出現(xiàn)卡頓問題:而后對右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行同樣的啟停測試,結(jié)果表明,右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥在l0次測試中并未出現(xiàn)卡頓情況。除此之外,左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥在機(jī)組首次整套啟動(dòng)前的冷態(tài)調(diào)試過程中也從未出現(xiàn)卡頓、滯澀、驟停問題。

而后停機(jī)進(jìn)行詳細(xì)檢測,解除與閥桿相銜接的中壓調(diào)節(jié)油動(dòng)機(jī)操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行獨(dú)立的測試工作,結(jié)果表明,兩組油動(dòng)機(jī)的活動(dòng)并無異常:單獨(dú)對右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行解體檢查,發(fā)現(xiàn)其閥桿上方存在細(xì)微刮痕,除此外并無其他顯著缺陷以及異物、雜質(zhì)等:重新安裝,并在冷卻狀態(tài)下多次開啟閥門,未能發(fā)現(xiàn)卡頓與異?，F(xiàn)象。

確認(rèn)無顯著問題后開啟第二次并網(wǎng),準(zhǔn)備對汽輪機(jī)組進(jìn)行超速試驗(yàn)檢測,設(shè)置開度指令為103%,過程中發(fā)現(xiàn)兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥在汽輪機(jī)切缸時(shí)出現(xiàn)卡頓情況,左右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥卡頓分別在85%以及99%開度。通過輸入DEH指令,操縱左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥開展小頻率活動(dòng),在重復(fù)操作約10次后左中壓調(diào)節(jié)閥的開度達(dá)到了99%,與右側(cè)一同達(dá)到全開狀態(tài)。

機(jī)組帶負(fù)荷150MW并穩(wěn)定運(yùn)行暖機(jī)4h后,調(diào)整負(fù)荷至50MW,然后重新開閘,為汽輪機(jī)組的超速試驗(yàn)做準(zhǔn)備。過程中發(fā)現(xiàn)左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥卡在12%開度,右側(cè)則卡在18%,且兩側(cè)均無法全關(guān)。通過DEH輸入相關(guān)指令操縱閥門進(jìn)行小頻率活動(dòng),發(fā)現(xiàn)左側(cè)只能在12%~35%的開度活動(dòng),右側(cè)的開度活動(dòng)范圍則在28%~50%。隨后立即在熱態(tài)下脫開油動(dòng)操作機(jī)構(gòu)與閥門連桿,完成這一工序后,左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥順利歸位,而右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥則始終卡頓,在14%左右的位置無法歸零,同時(shí)也無法全關(guān)。

冷卻機(jī)組并靜置14h后,再次對左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行檢查,可見其均已回歸零位、完全關(guān)閉。

2現(xiàn)場故障檢測與處理措施

2.1閥門解體檢查

將左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行解體后,進(jìn)行如下檢測工作:

(1)對中壓調(diào)節(jié)閥各構(gòu)件進(jìn)行基礎(chǔ)外觀檢查,過程中發(fā)現(xiàn)閥桿上方存在刮痕,同時(shí)伴有一處類似于磨損的爬行痕跡,應(yīng)用著色檢查技術(shù)對其進(jìn)行深度檢測后,發(fā)現(xiàn)兩處外觀瑕疵都不會(huì)對機(jī)組運(yùn)行機(jī)制、運(yùn)行質(zhì)量造成影響,且除此之外并無能夠?qū)е聶C(jī)組卡頓的痕跡。機(jī)組整體清潔度良好,未發(fā)現(xiàn)顯著大體積粉塵、顆粒等雜質(zhì),閥門內(nèi)部也未發(fā)現(xiàn)顯著異物。

(2)對中壓調(diào)節(jié)閥閥桿與閥蓋襯套的間隙進(jìn)行檢測。對左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥門襯套內(nèi)徑進(jìn)行單獨(dú)測量,其中左側(cè)閥門上襯套上端直徑為100mm,下端直徑為99.92mm,上下兩端存有0.08mm的錐度:左側(cè)閥門下襯套也同樣存在相似的錐度問題,左側(cè)閥門閥桿直徑為99.64mm,閥桿與左側(cè)上端襯套的間隙約為0.28mm,實(shí)際測量結(jié)果與設(shè)計(jì)數(shù)值之間存在0.08mm的誤差。對右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行測量后,發(fā)現(xiàn)了同樣的錐度問題以及測量數(shù)值小于設(shè)計(jì)數(shù)值的問題。

為解決這一問題,由現(xiàn)場技術(shù)人員利用旋轉(zhuǎn)修磨對左右兩側(cè)襯套內(nèi)部進(jìn)行打磨,以適當(dāng)增加襯套內(nèi)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(fù)對比實(shí)際數(shù)值與設(shè)計(jì)數(shù)值。為獲取更精準(zhǔn)的測量結(jié)果,優(yōu)化襯套的修整效果,現(xiàn)場技術(shù)人員臨時(shí)制備了一根直徑為99.98mm、長度在500mm左右的測試棒,實(shí)時(shí)檢測打磨效果。打磨工序完成后,左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥門上下襯套內(nèi)徑為106mm以及100.07mm,閥桿與襯套間隙為0.42mm,符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行相同的操作,處理后右側(cè)閥門上下襯套內(nèi)徑分別為100.07mm以及100.08mm,最小間隙同樣為0.42mm。

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

(4)對中壓調(diào)節(jié)閥各組件材質(zhì)進(jìn)行檢測,分析各組件材質(zhì)是否與設(shè)計(jì)材質(zhì)相同。結(jié)合資料可知,各組件設(shè)計(jì)材質(zhì)分別為:閥桿(2Cr12NiMo1w1V),襯套(20Cr1Mo1V),蝶閥(12Cr2Mo1),密封環(huán)(12Cr2Mo1)。

現(xiàn)場測量后可知,除去左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥所使用密封環(huán)的材質(zhì)與設(shè)計(jì)材質(zhì)存在誤差外,其余各組件材質(zhì)皆符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此,機(jī)組啟動(dòng)后,熱態(tài)下的蝶閥出現(xiàn)了顯著的膨脹,而其膨脹受到了閥套密封環(huán)的限制,進(jìn)而限制了機(jī)組整體運(yùn)行,故需要及時(shí)更換密封環(huán)。現(xiàn)場技術(shù)人員將這一結(jié)果上報(bào)給部門領(lǐng)導(dǎo),經(jīng)審批后以最快的速度從合作工廠購置了與設(shè)計(jì)材質(zhì)相同的密封環(huán),并進(jìn)行了更換。

2.2油動(dòng)機(jī)與熱工電信號(hào)檢查

在機(jī)組閥門冷卻狀態(tài)下,對左右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行啟停試驗(yàn),多次試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)閥門均能正常開關(guān):對火電機(jī)組汽輪中壓缸兩側(cè)中壓閥門油動(dòng)機(jī)操縱機(jī)構(gòu)及閥桿進(jìn)行解體處理并開展單獨(dú)測試,發(fā)現(xiàn)兩側(cè)油動(dòng)機(jī)狀態(tài)良好,活動(dòng)正常,不存在故障?；诖?可明確本次卡頓事故的原因不在于熱工電信號(hào)以及伺服閥故障,同時(shí)也排除了油動(dòng)機(jī)自身的卡頓故障隱患。

2.3中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔間隙測量

首先利用塞尺對中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔的間隙進(jìn)行現(xiàn)場測量,塞尺的規(guī)格為0.05mm。其中針對左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥的間隙,塞尺只能塞入0.1cm左右:而右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥則可完全塞入塞尺。將左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿調(diào)整為未完全從導(dǎo)向孔取出的狀態(tài),而后利用千分尺對其進(jìn)行測量,其中左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥導(dǎo)向孔內(nèi)徑為144.83mm,右側(cè)則為144.91mm:隨后將左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿調(diào)整為完全取出的狀態(tài),測得左側(cè)導(dǎo)向孔上中下三端內(nèi)徑分別為144.75、144.70、144.60mm,右側(cè)導(dǎo)向孔上中下三端內(nèi)徑分別為144.95、144.85、144.70mm:左右兩側(cè)導(dǎo)向桿直徑均為144.55mm。測量過程中發(fā)現(xiàn)十字頭導(dǎo)向桿從導(dǎo)向孔中完全取出前以及完全取出后兩次測量結(jié)果之間存在偏差,推測可能是受到導(dǎo)向孔內(nèi)襯材質(zhì)變化、內(nèi)襯回彈效果變差的影響。最終結(jié)合實(shí)際情況,按照十字頭導(dǎo)向桿完全取出狀態(tài)下的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)踐分析。左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔間隙最小設(shè)計(jì)值為0.29mm,對比可知,左側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥的最小配合間隙測量結(jié)果僅有0.05mm,與設(shè)計(jì)值之間存在0.24mm的誤差。為增加十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔的間隙,由技術(shù)人員于現(xiàn)場對左側(cè)十字頭導(dǎo)向桿進(jìn)行加工,將其直徑縮小至144.20mm。由現(xiàn)場測量結(jié)果可知,右側(cè)十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔間隙存在同樣的誤差情況,故將右側(cè)十字頭導(dǎo)向桿上車床加工至144.35mm。最終,左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥十字頭導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔的間隙值符合設(shè)計(jì)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)。

3優(yōu)化處理效果

經(jīng)過徹底的解體檢查后,對600MW火電機(jī)組汽輪機(jī)左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥的閥蓋襯套、十字頭導(dǎo)向桿進(jìn)行現(xiàn)場加工處理,同步更換密封環(huán)。在各項(xiàng)數(shù)值皆符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后,對左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行冷態(tài)、熱態(tài)下的多次啟停試驗(yàn),皆未再出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。而后在600MW火電機(jī)組汽輪機(jī)正式啟動(dòng)后,陸續(xù)進(jìn)行增大負(fù)荷、超速試驗(yàn)等各項(xiàng)運(yùn)行試驗(yàn)活動(dòng),機(jī)組左右兩側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥在各項(xiàng)試驗(yàn)中均未出現(xiàn)卡頓情況,機(jī)組整體運(yùn)行狀態(tài)良好,可正常投入運(yùn)行。可見解體檢查能夠精準(zhǔn)地分析出火電機(jī)組中壓調(diào)節(jié)閥各組件的問題與瑕疵,方便技術(shù)人員進(jìn)行針對性調(diào)整,具有一定的實(shí)操與推廣應(yīng)用價(jià)值。

4結(jié)語

中壓調(diào)節(jié)閥作為火電站中汽輪機(jī)組的關(guān)鍵組成部件,通常會(huì)在正式運(yùn)行前由工廠進(jìn)行預(yù)先組裝。因此在正式運(yùn)行過程中,現(xiàn)場技術(shù)人員往往會(huì)下意識(shí)地忽視對其內(nèi)部組件尺寸、材料的核實(shí)與復(fù)查,在正式投入運(yùn)行并出現(xiàn)卡頓問題后,才不得不停機(jī)進(jìn)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(shí)也延誤了火電機(jī)組的投運(yùn)期限,加劇了企業(yè)的生產(chǎn)成本支出。由此可知,在日后類似的工程建設(shè)中,相關(guān)技術(shù)人員需要加強(qiáng)對類似問題的關(guān)注,在現(xiàn)場安裝階段便對各部件進(jìn)行充分檢查,以便盡早發(fā)現(xiàn)材料、尺寸等方面的潛在問題,并及時(shí)予以解決。