汽輪機(jī)主蒸汽閥門常見問題及原因分析

劉彥文

（山西京能呂臨發(fā)電有限公司，山西 呂梁 033200）

0 引言

汽輪機(jī)主蒸汽閥門（以下簡(jiǎn)稱主汽門）是整個(gè)汽機(jī)系統(tǒng)的重要保護(hù)部套，是防止汽輪機(jī)超速的重要設(shè)備[1]。所有的保護(hù)均是通過關(guān)閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一般情況下調(diào)節(jié)汽門會(huì)因各種原因?qū)е麻y門關(guān)閉不嚴(yán)，所以最終必須依靠關(guān)閉系統(tǒng)的高壓主汽門來(lái)快速切斷汽輪機(jī)動(dòng)力源，以防止汽輪機(jī)的超速，保證整個(gè)機(jī)組的安全。因此，檢修人員在檢修過程中，必須執(zhí)行良好的檢修工藝，保證汽輪機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 主汽門的結(jié)構(gòu)及作用

主汽門的形式較多，本文討論的主汽門為國(guó)內(nèi)引進(jìn)美國(guó)西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的主汽門，在國(guó)內(nèi)三大汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的350 MW汽輪機(jī)組中運(yùn)用廣泛。該主汽門閥門采用臥式布置于汽缸的兩側(cè)，結(jié)構(gòu)緊湊，殼體與高壓調(diào)節(jié)汽閥的殼體澆鑄成一個(gè)整體，使主汽門和高壓調(diào)閥之間不再有管道連接，從而減少了主汽閥閥后至汽缸之間的有害容積。閥門采用“雙碟”式，由主閥和預(yù)起閥組成，主閥內(nèi)有一啟動(dòng)預(yù)起閥，在機(jī)組啟動(dòng)過程時(shí)開啟，由左右主汽門來(lái)控制轉(zhuǎn)速，以便機(jī)組的噴嘴全周進(jìn)汽。主汽閥的主閥碟采用非平衡方式，從機(jī)組啟動(dòng)至定速過程中，需關(guān)小調(diào)節(jié)汽閥至一定程度才能打開主汽門主閥碟。主汽門開關(guān)方式為彈簧力關(guān)閉油動(dòng)機(jī)開啟，其目的是當(dāng)機(jī)組發(fā)生事故時(shí)，主汽門能夠快速關(guān)閉阻斷進(jìn)汽。主汽門具有自密封裝置，在全開和全關(guān)位置時(shí)，閥桿軸向密封面具有密封作用，以減少閥桿漏汽。主汽閥閥蓋上焊有一永久性濾網(wǎng)，試運(yùn)行時(shí)，在永久性濾網(wǎng)上要加上細(xì)目臨時(shí)濾網(wǎng)，并在運(yùn)行一定時(shí)間后拆除。高壓主汽閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高壓主汽閥結(jié)構(gòu)圖

該閥設(shè)計(jì)時(shí)采用了5處密封，一是主汽門關(guān)閉時(shí)彈簧導(dǎo)桿端部直接與主閥桿襯套接觸，形成閥門關(guān)閉自密封；二是主汽門關(guān)閉時(shí)，進(jìn)汽壓力和壓縮彈簧的載荷將兩只閥碟同時(shí)壓在其閥座上；三是主汽門預(yù)啟閥與主閥碟密封；四是主氣門開足時(shí)預(yù)啟閥并帽平面與閥蓋內(nèi)襯套平面接觸，形成全開自密封；五是主汽門開足時(shí)預(yù)啟閥并帽內(nèi)斜面與閥桿斜面的自密封。

2 主汽門故障案例分析

2.1 主汽門卡澀關(guān)不到位

2.1.1 故障現(xiàn)象

華能輪臺(tái)電廠2號(hào)機(jī)組為350 MW超臨界燃煤機(jī)組，2017年C修后，主汽門冷態(tài)試驗(yàn)合格，啟動(dòng)過程中在進(jìn)行主汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)（主汽壓力在8.0～11.0 MPa之間），發(fā)現(xiàn)高壓主汽門1號(hào)正常、2號(hào)則僅能關(guān)閉22 mm，用大榔頭輕敲連桿后，主閥碟瞬間關(guān)閉，幾次試驗(yàn)結(jié)果均一致。

2.1.2 故障原因分析

首先，對(duì)檢修記錄進(jìn)行了檢查。檢查后發(fā)現(xiàn)檢修中修后記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)，未見異常。其次，對(duì)主汽門卡澀的影響因素進(jìn)行了列舉。主汽門關(guān)閉故障通常是由于機(jī)械阻力大所造成的，而機(jī)械阻力異常增大的原因有以下幾方面：一是油動(dòng)機(jī)內(nèi)部卡澀或卡死；二是彈簧室內(nèi)彈簧與彈簧托盤內(nèi)壁發(fā)生碰磨；三是機(jī)構(gòu)與油動(dòng)機(jī)發(fā)生蹩勁而使機(jī)構(gòu)和油動(dòng)機(jī)的機(jī)械阻力明顯增大；四是EH油系統(tǒng)和控制回路出現(xiàn)故障，如卸載閥、伺服閥卡澀等；五是閥桿、閥碟、閥桿套、閥碟套等部件表面積聚了過多的氧化皮，導(dǎo)致各部套間的配合間隙變小引起主汽門閥體內(nèi)的卡澀；六是閥桿彎曲度過大而造成卡澀。

2.1.3 故障排查

根據(jù)以上原因分析對(duì)該主汽門進(jìn)行了逐一排查。首先，斷開油動(dòng)機(jī)與閥門間的連接，檢查油動(dòng)機(jī)部分，確認(rèn)無(wú)引起閥門卡澀的原因。其次，對(duì)彈簧進(jìn)行了外觀檢查，沒有發(fā)現(xiàn)碰擦現(xiàn)象。解體彈簧箱重新檢查未發(fā)現(xiàn)彈簧缺陷，且彈簧座、箱等各部件間也沒有碰磨痕跡，再通過與1號(hào)主汽門彈簧調(diào)換后，在同樣蒸汽壓力狀態(tài)下仍存在閥門關(guān)不下的現(xiàn)象。由此認(rèn)為，主閥碟在高汽壓時(shí)卡澀可能是閥門內(nèi)部情況引起的。再次，對(duì)2號(hào)主汽門全面解體檢查。2號(hào)主汽門解體檢查測(cè)量后，雖然各部件一切正常，但發(fā)現(xiàn)主閥碟尾部位置與閥殼有明顯的接觸痕跡，說明該處接觸點(diǎn)先于開啟自密封線碰到。

通過排查，閥門不能正常關(guān)閉的真正原因是：汽門全開時(shí)，因主閥碟端部與閥殼間的密封，使得主蒸汽無(wú)法進(jìn)入主閥碟后腔室，此時(shí)主閥碟的前后壓力無(wú)法平衡，致使彈簧力不足以關(guān)閉主閥碟。

2.2 主汽門關(guān)不嚴(yán)

2.2.1 故障現(xiàn)象

華能輪臺(tái)電廠1號(hào)機(jī)組在停機(jī)過程中，在主汽門及調(diào)門關(guān)閉后，兩側(cè)主汽門閥后存在4.0 MPa的壓力。用千斤頂進(jìn)行加力關(guān)閉后，其中A側(cè)閥后壓力幾近不變，B側(cè)主汽門閥后壓力趨“0”。同時(shí)，停機(jī)時(shí)發(fā)生低壓缸防爆門動(dòng)作現(xiàn)象。

2.2.2 故障原因分析

第一，B側(cè)主汽門在借力千斤頂后，能夠降低閥后壓力，現(xiàn)象分析應(yīng)為閥門有卡澀不能在彈簧力作用下正常關(guān)閉引起。第二，A側(cè)主汽門為主閥或預(yù)啟閥存在泄漏，根據(jù)本次檢修情況，分析認(rèn)為可能是閥線不夠嚴(yán)密或檢修中調(diào)整閥門的關(guān)閉位置不到位引起；另外，更換閥桿套后，閥桿套偏斜導(dǎo)致閥門無(wú)法正常對(duì)中也可能是原因之一。第三，關(guān)閉閥門后閥后均存在壓力情況，分析認(rèn)為或許是膨脹間隙過大引起。

2.2.3 故障排查

根據(jù)以上原因分析，對(duì)該主汽門進(jìn)行了逐一排查。在機(jī)組調(diào)停期間，首先對(duì)A側(cè)主汽門進(jìn)行了檢查。在無(wú)膨脹間隙情況下，閥線檢查圓周均接觸；但在有膨脹間隙情況時(shí)，閥線檢查發(fā)現(xiàn)只有下半圈接觸。其次，閥門解體后，發(fā)現(xiàn)主閥頭有卡澀現(xiàn)象。

通過排查，主汽門及調(diào)門關(guān)閉后兩側(cè)主汽門閥后存在壓力的真正原因是閥門存在膨脹間隙，主閥頭出現(xiàn)卡澀。

3 主汽門故障檢修措施及建議

以上2例情況盡管較為特殊，但在檢修過程中保證檢修工藝，往往可以排除很多的不利因素。針對(duì)主汽門本體檢修，應(yīng)盡可能在保證門桿不漏氣的情況下，按廠家標(biāo)準(zhǔn)要求的上限來(lái)調(diào)節(jié)門桿與門桿襯套間隙、閥蝶導(dǎo)向套間隙,以保證閥門全關(guān)狀態(tài)下蒸汽能夠通過平衡孔進(jìn)入主閥碟碟后腔室[2-3]。具體措施如下。

a）檢修時(shí)應(yīng)在主閥襯套內(nèi)部平均選取多個(gè)截面進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，保證內(nèi)徑偏差在0.02 mm范圍內(nèi)，并保證襯套間隙在0.33～0.40 mm之間。

b）如果出現(xiàn)橢圓度偏差較大的情況，應(yīng)該進(jìn)行磨床精細(xì)加工，無(wú)條件時(shí)考慮使用金相砂紙進(jìn)行人工打磨。

c）檢修過程中要測(cè)量門桿彎曲值，檢查門桿、襯套、閥蝶表面和導(dǎo)向套等光潔度，不應(yīng)有氧化皮和其他任何雜質(zhì)存在，從而防止閥桿彎曲造成的閥門卡澀，以保證閥門開關(guān)的靈活程度。

d）注意檢查閥蝶、門桿襯套外口不應(yīng)有尖角，保持圓滑過渡。

e）預(yù)啟閥和主閥的密封面接觸要均勻，閥蝶密封面接觸要均勻，且均形成一條連續(xù)的圓周100%環(huán)線。

f）主氣門閥體與油動(dòng)機(jī)組裝后，需進(jìn)行如下檢查與試驗(yàn)：拉下油動(dòng)機(jī)活塞桿至活塞碰到油缸底部，活塞桿倒退6.3 mm來(lái)保證緩沖行程；對(duì)主汽門的上下行程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并與位移傳感器反饋位置進(jìn)行比對(duì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

主汽門是確保機(jī)組停運(yùn)時(shí)，能迅速切斷主蒸汽防止不發(fā)生飛車事故的關(guān)鍵部件，而機(jī)組的跳閘保護(hù)ETS（emergency trip system）、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH（digital electro-hydraulic）等保護(hù)跳閘也最終要通過主汽門來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果主汽門在機(jī)組事故狀態(tài)下或甩負(fù)荷停機(jī)時(shí)發(fā)生關(guān)閉不嚴(yán)甚至卡澀等現(xiàn)象，后果將不堪設(shè)想。主汽門出現(xiàn)關(guān)閉卡澀、嚴(yán)密性不合格等現(xiàn)象的大多原因是由于門桿和襯套等動(dòng)靜間隙不合適所引起的。因此，在機(jī)組運(yùn)行過程中，對(duì)主汽門的定期活動(dòng)性試驗(yàn)非常重要，只有通過定期活動(dòng)和嚴(yán)密性試驗(yàn)，才能確保主汽門不發(fā)生卡澀而正常工作。另外，在平時(shí)運(yùn)行過程中還應(yīng)注意檢查主汽門門座松動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)后要及時(shí)處理，以防止發(fā)生重大安全事故，從而保證機(jī)組安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。