600MW汽輪機主汽閥故障造成汽輪機單側(cè)進汽的判斷與分析
2019-09-13 胡洲/文
（浙江電科院）
1 設(shè)備簡介
某汽輪機組是上海汽輪機生產(chǎn)的600MW亞臨界、單軸、四缸、四排汽、中間再熱、凝汽式汽輪機，機組型號為N600－16.7/538/538。機組正常運行時，主汽閥卡澀問題并不常見，表現(xiàn)出來的現(xiàn)象也不是很典型，有時很難準(zhǔn)確判斷，但如果不能及時發(fā)現(xiàn)，機組的安全運行將會受到嚴(yán)重威脅。
2 故障描述
該機組對汽輪機高壓主汽閥進行了改造，由杠桿式連接全部改為直連式。機組A修后重新啟動，機組并網(wǎng)后利用單閥控制模式升負荷。當(dāng)負荷升至311 MW 時，汽輪機1 號瓦T1/T2 點溫度達到84.66℃/98.79℃，而該機組A修前相同負荷工況時汽輪機1 號瓦溫T1/T2 僅為78.54℃/86.24℃。對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該機組A修后汽輪機1 號瓦溫出現(xiàn)了明顯偏高問題，#1瓦瓦溫比A修前升高了12.55℃。
由于機組在A 修期間對汽輪機1 號瓦曾進行解體檢修，并按照標(biāo)準(zhǔn)工藝進行了裝復(fù)，因此基本可以排除1號瓦存在軸瓦損傷或安裝工藝不規(guī)范的情況。直觀判斷，可能是汽輪機1 號瓦的承重力發(fā)生了改變，導(dǎo)致1號瓦軸承的承重力比A修前有所增大。
3 故障分析
3.1轉(zhuǎn)子受力分析
機組1號高壓主汽閥控制汽輪機左側(cè)的1號與3號高壓調(diào)節(jié)閥，2號高壓主汽閥控制汽輪機右側(cè)的2號與4號高壓調(diào)節(jié)閥。圖1為汽輪機高壓轉(zhuǎn)子受力分析圖。
圖1 高壓轉(zhuǎn)子汽流受力分析簡圖
可以看出，轉(zhuǎn)子y方向向下所受到的汽流力為：Fqy＝by＋dy－ay－cy，當(dāng)機組采用單閥進汽時，4個高調(diào)閥的進汽開度是一致的，因此轉(zhuǎn)子y方向向下所受到的汽流力（by＋dy）與y方向向上所受到的汽流力（ay＋cy）應(yīng)該處于平衡狀態(tài)，理論上Fqy＝0，若出現(xiàn)汽輪機左側(cè)進汽流量小于右側(cè)進汽流量的情況時，汽輪機轉(zhuǎn)子左右側(cè)所收到的蒸汽力必然會發(fā)生變化，by＋dy> ay＋cy，轉(zhuǎn)子 y方向向下的所受到的汽流力必然增大Fqy> 0，很顯然，這會造成汽輪機#1瓦y方向受力增大，瓦溫升高。
根據(jù)上述推斷，分析認(rèn)為造成汽輪機1號瓦溫偏高的原因，很可能是機組在單閥方式下運行時汽輪機左側(cè)進汽流量小于右側(cè)進汽流量，造成1 號瓦下半部左右兩個側(cè)面的軸瓦承受力均較A修前有所增大，T1/T2點的瓦溫偏高。因此，初步判斷1號或3號高壓調(diào)節(jié)閥沒有打開，或者1號高壓主汽閥未全開，為此進行了下列試驗。
3.2 關(guān)閥試驗
機組協(xié)調(diào)控制撤出、負荷275 MW、汽輪機單閥狀態(tài)，各高壓調(diào)節(jié)閥開度為30%，以每次1%的幅度關(guān)小3 號高壓調(diào)節(jié)閥，觀察機組負荷反應(yīng)。結(jié)果表明，在3號高壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的過程中，機組負荷、主蒸汽壓力均沒有明顯變化，直到全關(guān)；3號高壓調(diào)節(jié)閥全關(guān)后，關(guān)小1、2、4號高壓調(diào)節(jié)閥任一閥門到27%左右，機組負荷下降明顯，約降低5 MW。初步判斷，3號高壓調(diào)節(jié)閥可能存在閥碟脫落的問題，或3號高壓調(diào)節(jié)閥后的調(diào)節(jié)級區(qū)域發(fā)生了堵塞。
3.3 升負荷試驗
手動關(guān)閉3號高壓調(diào)節(jié)閥，機組緩慢升負荷到438 MW，此時4 個調(diào)節(jié)閥開度分別為99%/29%/0/99%，主蒸汽壓力16.5 MPa。直觀分析，在此壓力與調(diào)閥開度下，負荷偏低。查A修前運行數(shù)據(jù)，在主蒸汽壓力14.7 MPa，4 個調(diào)節(jié)閥開度分別為99%/0/0/99%時，機組負荷為400MW，折算到主蒸汽壓力16.5 MPa 時，對應(yīng)的負荷應(yīng)為446 MW，即之前“兩閥全開、兩閥全關(guān)”對應(yīng)的負荷比現(xiàn)在閥門狀態(tài)對應(yīng)的負荷還要高，這說明機組的通流部分確實存在問題。
經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)機組1號高壓主汽閥閥體溫度要比2號高壓主汽閥閥體溫度低10℃。
綜合以上判斷，初步分析認(rèn)為，造成上述現(xiàn)象的原因為：機組1號高壓主汽閥閥蝶脫落或其后的3號高壓調(diào)節(jié)閥閥碟脫落；或是1 號高壓主汽閥前的進汽管及進汽濾網(wǎng)、3 號高壓調(diào)節(jié)閥后的導(dǎo)汽管及其后的調(diào)節(jié)級區(qū)域發(fā)生了堵塞。
3.4 檢查情況
在機組停運后，對3號高壓調(diào)節(jié)閥進行了解體檢查，未發(fā)現(xiàn)其閥碟脫落；檢查1號高壓主汽閥前的進汽管及進汽濾網(wǎng)、3 號高壓調(diào)節(jié)閥后的導(dǎo)汽管及其后的調(diào)節(jié)級區(qū)域，未發(fā)現(xiàn)堵塞。
對1 號高壓主汽閥解體，檢查發(fā)現(xiàn)：預(yù)啟閥開啟100 mm 以上時，高壓主汽閥主閥蝶仍然未動，而高壓主汽閥的閥門行程是188 mm，這顯然與實際開啟時高壓主汽閥主閥蝶的開啟點位置不符合，表明1號高壓主汽閥的閥蝶已經(jīng)脫落，拆除閥桿和1號高壓主汽閥的主閥蝶后，發(fā)現(xiàn)1號高壓主汽閥內(nèi)用于帶動開啟主閥蝶的內(nèi)套筒已經(jīng)全部脫落，如圖2所示。因此，機組運行過程中1號高壓主汽閥開啟時，其主閥閥碟未能全部打開，僅僅有少量蒸汽通過預(yù)啟閥和未全開的主閥進入高壓缸，造成汽輪機單側(cè)進汽，檢查結(jié)果與故障分析相符。
圖2 高主閥主閥碟與套筒
4 處理方法
該機組高壓主汽閥設(shè)計為直連式結(jié)構(gòu)，整個高壓主汽閥采用水平方式安裝，主閥蝶和內(nèi)套筒采用螺旋式安裝方式，其安裝工藝為：在內(nèi)套筒全部旋入主閥蝶后，再將主閥蝶內(nèi)壁邊緣的幾個點進行鉚邊，利用內(nèi)套筒與主閥蝶的螺紋來承受高壓主汽閥的開啟壓力，利用鉚邊來對內(nèi)套筒進行定位和限位。從現(xiàn)場檢查的情況看，原有的鉚邊已經(jīng)全部脫落，在不修正凹凸不平的鉚邊的情況下，內(nèi)套筒已可以在主閥蝶內(nèi)自由裝復(fù)和拆卸。
分析主閥蝶內(nèi)套筒脫落的原因：由于高壓主汽閥采用水平方式安裝，閥桿較長，在高壓主汽閥整體裝復(fù)后，閥桿可能與內(nèi)套筒不同心，造成內(nèi)套筒的水平下半部的螺紋壁受到向下的壓力，在高壓主汽閥閥桿移動或者是在機組打閘突然關(guān)閉高壓主汽閥時，高壓主汽閥內(nèi)套筒的鉚邊可能受到了振動、壓力或者沖擊力，導(dǎo)致鉚邊脫落，主閥蝶內(nèi)的內(nèi)套筒在鉚邊脫落后由于蒸汽力或閥體振動等原因產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)，最后整體從主閥蝶中脫落，使主閥蝶無法開啟，造成汽輪機單側(cè)進汽。
高壓主汽閥主閥蝶內(nèi)套筒脫落后，高壓主汽閥主閥蝶處于自由狀態(tài)，高壓主汽閥閥桿向開啟方向運動時，預(yù)啟閥開啟到一定位置碰到限位的主閥蝶內(nèi)套筒后只能帶動內(nèi)套筒一起向開閥方向運動，高壓主汽閥主閥碟停留在原來的位置不會移動。當(dāng)機組打閘時，預(yù)啟閥會頂住主閥蝶，帶動主閥蝶一起快速關(guān)閉，因此高壓主汽閥主閥蝶脫落不會對高壓主汽閥的快速關(guān)閉能力造成影響，僅僅影響高壓主汽閥的開啟程度，但通過對高壓主汽閥的主蒸汽流量產(chǎn)生影響，最終會造成汽輪機轉(zhuǎn)子受力變化，影響到軸瓦的溫度與轉(zhuǎn)子振動。
現(xiàn)場對脫落的主閥碟和內(nèi)套筒重新進行了裝復(fù)，原設(shè)計中內(nèi)套筒限位功能暫無法改進，內(nèi)套筒重新裝復(fù)后，對鉚邊部位進行了仔細加工，增加了鉚邊點數(shù)及鉚邊強度，加強對內(nèi)套筒防轉(zhuǎn)限制。經(jīng)過上述處理之后，主閥碟和內(nèi)套筒易脫落的問題得以解決。
5 結(jié)論與建議
汽輪機軸瓦溫度發(fā)生異常的原因很多，汽輪機進汽通流面積發(fā)生變化會導(dǎo)致汽輪機的進汽壓力不平衡，汽門進汽方式不正常、配汽方式不合理是其中的一個重要原因。汽輪機進汽壓力不平衡，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子受力不均，造成軸瓦溫度偏高、軸承振動高等現(xiàn)象。檢查確認(rèn)汽門正常的進汽方式，優(yōu)化合理的配汽方式，有利于改善汽輪機軸瓦瓦溫、降低軸承振動。
直連式高壓主汽閥與杠桿式高壓主汽閥結(jié)構(gòu)相比，具有結(jié)構(gòu)簡化、便于安裝和檢修等特點，但由于安裝工藝中鉚邊工藝不成熟或者實際鉚邊時鉚得太淺，運行中容易造成高壓主汽閥主閥蝶與套筒脫落的現(xiàn)象，建議制造廠優(yōu)化鉚邊工藝細節(jié)，或改進安裝工藝，將鉚邊工藝改為銷子限位工藝，防止高壓主汽閥主閥蝶內(nèi)套筒位置不固定，在運行中逐漸與主閥脫落的現(xiàn)象再次發(fā)生。
機組在運行過程中，應(yīng)適時安排高壓調(diào)節(jié)閥全行程活動性試驗，并對機組各負荷段的運行參數(shù)和高壓調(diào)節(jié)閥開度進行詳細記錄和對比，提早發(fā)現(xiàn)高壓主汽閥閥蝶脫落的事故隱患，保障機組的安全運行。
（來源：汽機監(jiān)督）
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