660MW 汽輪機(jī)汽門卡澀的主要原因、危害及預(yù)防措施

魏俊姚

（內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010206）

近幾年我國新建火電機(jī)組主要為660MW、1000MW的大容量高參數(shù)超臨界、超超臨界直流機(jī)組，隨著機(jī)組參數(shù)不斷提高，我們對于汽輪機(jī)主汽門、調(diào)門的性能提出了更高的要求。同時(shí)由于蒸汽參數(shù)提高，金屬氧化皮產(chǎn)生增多，更容易造成調(diào)門卡澀，從而導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)的過程中轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，正常運(yùn)行時(shí)機(jī)組無法升高或降低至要求負(fù)荷，機(jī)組發(fā)生故障跳閘時(shí)汽門不能正常關(guān)閉汽輪機(jī)發(fā)生嚴(yán)重的超速事故。

一、設(shè)備簡介

某廠汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)制造，型號為NZK660-28/600/620-1型，型式為超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī),設(shè)有2 個(gè)高壓主汽門（MSV）、2 個(gè)高壓調(diào)門（CV）、2 個(gè)中壓聯(lián)合汽門（RSV-CRV）。MSV 和RSV 兩側(cè)閥門均配有活動(dòng)試驗(yàn)電磁閥。每個(gè)汽門均配有快關(guān)電磁閥，用于快關(guān)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門，切斷機(jī)組進(jìn)汽。該廠兩臺機(jī)組投入運(yùn)行后相繼出現(xiàn)高壓主汽門及調(diào)門卡澀現(xiàn)象。

二、汽門卡澀原因分析

（一）汽門閥桿與套筒間隙變小

由于超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力很高，廠家為了避免閥桿與套筒間漏氣量過大影響經(jīng)濟(jì)性，汽門閥桿與套筒間隙設(shè)計(jì)值就可能偏小，如果間隙間再進(jìn)入其他物質(zhì)，很容易就造成汽門卡澀現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般來說，汽門在冷態(tài)時(shí)不會(huì)發(fā)生卡澀，汽輪機(jī)汽門閥桿與套筒間隙過小導(dǎo)致的閥門卡澀多發(fā)生于剛投產(chǎn)或投產(chǎn)三年內(nèi)。從我廠及兄弟電廠同類型機(jī)組的卡澀故障分析，主要有以下兩種情況。

1.蒸汽品質(zhì)惡化引起的卡澀

超超臨界機(jī)組對于鍋爐水質(zhì)的要求尤其嚴(yán)格，當(dāng)汽輪機(jī)組啟動(dòng)或正常運(yùn)行中中，由于水質(zhì)不合格，將導(dǎo)致蒸汽品質(zhì)惡化，蒸汽攜帶大量鹽分，使門桿上形成較為嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，如果處理不及時(shí)，將導(dǎo)致汽輪機(jī)汽門的閥桿與套筒間隙變小，引起汽門門卡澀。

2.高溫氧化皮堆積引起的卡澀

從我廠多次閥體檢修情況看，汽門卡澀的原因主要由于氧化皮的形成導(dǎo)致（如圖1）。汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門氧化皮的生成是不可避免的，蒸汽溫度在400℃以上不超過570℃時(shí)，金屬就會(huì)和水發(fā)生反應(yīng)，形成一層氧化膜。這層氧化膜主要是Fe3O4和Fe2O3，這層氧化膜比較致密，尤其是Fe3O4更為致密，因而可以避免鋼材進(jìn)一步氧化。但當(dāng)超過氣溫達(dá)到570℃時(shí)，內(nèi)壁多層氧化結(jié)構(gòu)在金屬外表面從內(nèi)向外由FeO、Fe3O4、Fe2O3這三種物質(zhì)組成，主要成分是FeO，并且處于氧化膜的最內(nèi)層（如圖2）。因FeO結(jié)構(gòu)比較疏松，致密性差，破壞了整個(gè)氧化膜的穩(wěn)定性，金屬的抗氧化能力大大降低，不銹鋼氧化層會(huì)迅速增厚，當(dāng)氧化層堆積到一定的厚度，會(huì)在運(yùn)行條件變化（如溫度）時(shí)剝落，成為氧化皮。工作環(huán)境的溫度越高、壓力越高，氧化皮生成速度越快，時(shí)間越長，氧化皮的生成越厚。

（圖一）

（圖二）

對于660MW 超超臨界機(jī)組，主蒸汽溫度在600℃左右，再熱蒸汽溫度在620℃左右，汽輪機(jī)汽門的門桿及門套等部件均具備氧化皮的生成和剝落條件，生成的氧化皮可能會(huì)造成汽門卡澀現(xiàn)象。另外鍋爐側(cè)脫落的氧化皮通過主汽門前粗濾網(wǎng)進(jìn)入閥桿范圍，也會(huì)造成調(diào)閥卡澀。

（二）調(diào)節(jié)油系統(tǒng)故障引起的卡澀

1.EH 油質(zhì)不合格引起的卡澀

EH油系統(tǒng)為機(jī)組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)提供高壓抗燃油源，并由它驅(qū)動(dòng)油動(dòng)機(jī)、高壓抗燃油遮斷系統(tǒng)，是操縱汽輪機(jī)各汽門執(zhí)行機(jī)構(gòu)高壓工作油源。油質(zhì)是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的因素，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的調(diào)速油無法對汽輪機(jī)進(jìn)行有效的控制，從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看，汽輪機(jī)運(yùn)行中調(diào)節(jié)系統(tǒng)大部分故障都是由于油質(zhì)不良導(dǎo)致的。由于液壓調(diào)節(jié)元件的間隙都很小，EH 油中的顆粒物污染會(huì)磨損、堵塞調(diào)節(jié)油系統(tǒng)中的關(guān)鍵部位，如電磁閥、伺服閥、節(jié)流孔等，導(dǎo)致主汽門、調(diào)門卡澀，高調(diào)門擺動(dòng)等。

2.DEH 系統(tǒng)故障引起的卡澀

DEH 系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，也容易引起汽輪機(jī)汽門卡澀。當(dāng)伺服閥故障或油動(dòng)機(jī)卡澀時(shí)，會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)汽門的油動(dòng)機(jī)動(dòng)作失靈，無法正常開關(guān)；當(dāng)電磁閥故障時(shí)，能引起汽輪機(jī)汽門卡澀問題；熱工元件故障，包括LVDT位移傳感器外套脫落，VCC 卡故障和傳輸線路出現(xiàn)問題等，也容易引起汽門卡澀問題。

（三）機(jī)械故障引起的卡澀

1.閥桿與操作座十字頭連接失效

由于東汽廠家的特殊設(shè)計(jì)，我廠發(fā)生過多起由于高調(diào)閥與操作座十字頭連接失效，導(dǎo)致調(diào)門門芯脫落，卡至一定位置導(dǎo)致調(diào)門卡澀的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象往往比較隱蔽，需通過分析判定故障調(diào)門。

2.閥桿彎曲導(dǎo)致的卡澀

由于調(diào)門卡澀，為了防止汽輪機(jī)超速，我們在停機(jī)前會(huì)聯(lián)系檢修提前用千斤頂將調(diào)門頂關(guān)，這樣很容易造成閥桿彎曲變形。另外運(yùn)行參數(shù)變化過快導(dǎo)致閥桿產(chǎn)生熱變形，也會(huì)使閥桿彎曲，閥桿彎曲后也很容易造成調(diào)門卡澀。

3.材料、制造或安裝質(zhì)量不合格導(dǎo)致的卡澀

不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，如果閥體填料選用的不合理，可能出現(xiàn)熱態(tài)下閥桿間隙消失，進(jìn)而引起閥門卡澀。這種故障多發(fā)在機(jī)組檢修后。在機(jī)組安裝階段趕工期或者安裝水平低，也可能使得門桿與閥座之間不配套，引起摩擦進(jìn)而造成卡澀。

三、汽輪機(jī)汽門卡澀預(yù)防措施

為了有效解決汽輪機(jī)汽門卡澀的問題，結(jié)合導(dǎo)致汽門卡澀的原因，提出如下預(yù)防措施。

（一）減緩氧化皮的生成與脫落

正常運(yùn)行中，氧化皮的產(chǎn)生是不可避免的，根據(jù)氧化皮的生成機(jī)理，我們運(yùn)行中要加強(qiáng)對主再熱汽溫的調(diào)整，盡量避免氣溫大幅波動(dòng)使氧化皮脫落。嚴(yán)禁超溫運(yùn)行，超溫后如燃燒調(diào)整無效，必須降參數(shù)甚至降負(fù)荷運(yùn)行，將壁溫控制在允許極限溫度以下，加強(qiáng)受熱面的熱偏差監(jiān)視和調(diào)整，控制爐膛兩側(cè)溫度偏差在10℃以內(nèi)。由于氧化皮一般容易在降溫過程中發(fā)生脫落，機(jī)組啟停過程中負(fù)荷速率變化要緩慢，嚴(yán)格控制溫升速率，并盡量減少機(jī)組啟停次數(shù)。另外，在汽門解體檢修時(shí)可在氧化皮生成較多的區(qū)域如閥碟表面堆焊司太立合金，厚度約0.5mm 即可，理論分析和工程實(shí)踐均證明該材料有較好的抗氧化性，能明顯減少氧化皮的生成。

（二）嚴(yán)格監(jiān)督汽水品質(zhì)

加強(qiáng)對汽水品質(zhì)在線監(jiān)視，在機(jī)組啟動(dòng)階段嚴(yán)格執(zhí)行啟動(dòng)水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，蒸汽參數(shù)不合格嚴(yán)禁汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)。定期取樣手動(dòng)化驗(yàn)汽水品質(zhì)，并與在線測量值進(jìn)行比對。當(dāng)在線監(jiān)測數(shù)值與手動(dòng)化驗(yàn)數(shù)值偏差較大時(shí)，需要聯(lián)系熱工進(jìn)行儀表校驗(yàn)，確保在線監(jiān)測可靠?；厥帐杷欢ㄒ?yàn)水質(zhì)合格后方可回收，回收后加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)督。

（三）定期化驗(yàn)EH 油油質(zhì)

定期聯(lián)系化驗(yàn)EH 油油質(zhì)，保證在線濾油機(jī)長期處于運(yùn)行狀態(tài)，不得長時(shí)間退出運(yùn)行，防止油質(zhì)中混入水分或雜質(zhì)造成調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)腐蝕、卡澀，如果發(fā)現(xiàn)EH 油質(zhì)中油品酸值 或電阻率不合格，需選擇使用帶脫酸過濾器與電阻率過濾器的油凈化裝置。

（四）定期進(jìn)行汽門活動(dòng)試驗(yàn)

由于主汽門在機(jī)組運(yùn)行中一直保持全開狀態(tài)，容易造成閥桿與閥套間氧化皮的堆積，因此，我們需要每個(gè)月進(jìn)行一次汽輪機(jī)汽門全行程活動(dòng)試驗(yàn)，每個(gè)星期進(jìn)行一次汽輪機(jī)汽門10%松動(dòng)試驗(yàn)。特別是全行程試驗(yàn)，一定程度上可以減少氧化皮的堆積，必須嚴(yán)格執(zhí)行，保證汽門開關(guān)的靈活性和嚴(yán)密性，并能提前發(fā)現(xiàn)卡澀故障，便于及時(shí)處理。

（五）采用新工藝，合理優(yōu)化閥桿與閥套間隙

若機(jī)組頻繁發(fā)生調(diào)門卡澀問題，可與東汽廠家溝通，合理優(yōu)化閥桿與閥套間隙，適當(dāng)加大閥桿與襯套、閥碟與閥套的配合間隙，重新設(shè)計(jì)生產(chǎn)外徑尺寸適當(dāng)減少的閥桿。

（六）縮短汽輪機(jī)汽門解體檢修周期

由于汽輪機(jī)汽門的門桿及門套等部件與高溫蒸汽相接觸，氧化皮的產(chǎn)生是不可避免的，可以采用解體檢修的方法來去除部件表面的氧化皮，在條件允許的情況下，盡量縮短汽門的檢查、檢修周期，保證氧化皮厚度還不足以造成閥門卡澀時(shí)就將其處理，從而避免出現(xiàn)汽門卡澀。

四、汽門卡澀的危害

汽門卡澀的危害主要是容易造成汽輪機(jī)超速和負(fù)荷調(diào)節(jié)特性差。當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷，如果機(jī)組某一主汽門（或調(diào)速汽門）卡澀并且對應(yīng)側(cè)調(diào)速汽門或（主汽門）不嚴(yán)時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速將會(huì)飛升，超過3360rpm，如不及時(shí)采取措施或采取措施無效，將會(huì)造成汽輪機(jī)超速飛車的惡性事故。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在汽門卡澀現(xiàn)象時(shí)，我們一定要做好汽輪機(jī)超速事故預(yù)想，并通過修改邏輯盡量避免事故發(fā)生。

（一）從運(yùn)行方面做好防超速事故預(yù)想

發(fā)現(xiàn)機(jī)組汽門有卡澀現(xiàn)象，且暫時(shí)不能處理時(shí)，運(yùn)行要做好事故預(yù)想，若汽輪機(jī)跳閘后出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過3360rpm，高、中壓主汽門、調(diào)門未關(guān)到位，且超速保護(hù)動(dòng)作后轉(zhuǎn)速不下降，立即破壞機(jī)組真空，停運(yùn)所有大機(jī)真空泵，停運(yùn)EH 油泵；若高壓主汽門、調(diào)門未關(guān)嚴(yán)，立即開啟鍋爐PCV 閥，降低主汽壓力，開啟高旁10%，開啟低旁20%；若中主門、調(diào)門未關(guān)嚴(yán)，立即開啟低旁，降低再熱壓力，檢查轉(zhuǎn)速是否下降。注意，汽機(jī)轉(zhuǎn)速飛升期間不可就地進(jìn)行檢查。

（二）從熱工邏輯方面，可增加防超速保護(hù)。

1.汽輪機(jī)跳閘后聯(lián)停EH 油泵。

2.汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過3360rpm，連鎖停運(yùn)真空泵，同時(shí)發(fā)3s 脈沖指令聯(lián)開真空破壞閥。

3.汽輪機(jī)跳閘首出為發(fā)電機(jī)跳閘，直接連鎖開啟鍋爐PCV 閥泄壓。

4.進(jìn)行超速試驗(yàn)轉(zhuǎn)速超過3360rpm 時(shí)連鎖開啟鍋爐pcv 閥。

五、結(jié)語

由于目前660MW 超臨界汽輪機(jī)的主蒸汽參數(shù)均在570℃以上，不可避免氧化皮的產(chǎn)生，而且目前火電機(jī)組基本均參與調(diào)峰調(diào)谷，有利于氧化皮的脫落，這樣就容易發(fā)生汽輪機(jī)汽門卡澀問題，會(huì)對機(jī)組的正常運(yùn)行造成較大的影響，如果發(fā)生甩負(fù)荷，很容易引發(fā)汽輪機(jī)飛車的惡性事故。因此，我們應(yīng)當(dāng)對引起汽門卡澀的原因進(jìn)行認(rèn)真分析，并對其采取有效的預(yù)防措施，避免汽門卡澀的發(fā)生，而且可通過修改防超速邏輯，來確保汽輪機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。