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600MW汽轮机主汽阀故障造成汽轮机单侧进汽的判断与分析
胡洲/文
(浙江电科院)
  1 设备简介
  某汽轮机组是上海汽轮机生产的600MW亚临界、单轴、四缸、四排汽、中间再热、凝汽式汽轮机,机组型号为N600-16.7/538/538。机组正常运行时,主汽阀卡涩问题并不常见,表现出来的现象也不是很典型,有时很难准确判断,但如果不能及时发现,机组的安全运行将会受到严重威胁。
  2 故障描述
  该机组对汽轮机高压主汽阀进行了改造,由杠杆式连接全部改为直连式。机组A修后重新启动,机组并网后利用单阀控制模式升负荷。当负荷升至311 MW 时,汽轮机1 号瓦T1/T2 点温度达到84.66℃/98.79℃,而该机组A修前相同负荷工况时汽轮机1 号瓦温T1/T2 仅为78.54℃/86.24℃。对比数据发现,该机组A修后汽轮机1 号瓦温出现了明显偏高问题,#1瓦瓦温比A修前升高了12.55℃。
  由于机组在A 修期间对汽轮机1 号瓦曾进行解体检修,并按照标准工艺进行了装复,因此基本可以排除1号瓦存在轴瓦损伤或安装工艺不规范的情况。直观判断,可能是汽轮机1 号瓦的承重力发生了改变,导致1号瓦轴承的承重力比A修前有所增大。
  3 故障分析
  3.1转子受力分析
  机组1号高压主汽阀控制汽轮机左侧的1号与3号高压调节阀,2号高压主汽阀控制汽轮机右侧的2号与4号高压调节阀。图1为汽轮机高压转子受力分析图。
图1 高压转子汽流受力分析简图
  可以看出,转子y方向向下所受到的汽流力为:Fqy=by+dy-ay-cy,当机组采用单阀进汽时,4个高调阀的进汽开度是一致的,因此转子y方向向下所受到的汽流力(by+dy)与y方向向上所受到的汽流力(ay+cy)应该处于平衡状态,理论上Fqy=0,若出现汽轮机左侧进汽流量小于右侧进汽流量的情况时,汽轮机转子左右侧所收到的蒸汽力必然会发生变化,by+dy> ay+cy,转子 y方向向下的所受到的汽流力必然增大Fqy> 0,很显然,这会造成汽轮机#1瓦y方向受力增大,瓦温升高。
  根据上述推断,分析认为造成汽轮机1号瓦温偏高的原因,很可能是机组在单阀方式下运行时汽轮机左侧进汽流量小于右侧进汽流量,造成1 号瓦下半部左右两个侧面的轴瓦承受力均较A修前有所增大,T1/T2点的瓦温偏高。因此,初步判断1号或3号高压调节阀没有打开,或者1号高压主汽阀未全开,为此进行了下列试验。
  3.2 关阀试验
  机组协调控制撤出、负荷275 MW、汽轮机单阀状态,各高压调节阀开度为30%,以每次1%的幅度关小3 号高压调节阀,观察机组负荷反应。结果表明,在3号高压调节阀关闭的过程中,机组负荷、主蒸汽压力均没有明显变化,直到全关;3号高压调节阀全关后,关小1、2、4号高压调节阀任一阀门到27%左右,机组负荷下降明显,约降低5 MW。初步判断,3号高压调节阀可能存在阀碟脱落的问题,或3号高压调节阀后的调节级区域发生了堵塞。
  3.3 升负荷试验
  手动关闭3号高压调节阀,机组缓慢升负荷到438 MW,此时4 个调节阀开度分别为100%/29%/0/100%,主蒸汽压力16.5 MPa。直观分析,在此压力与调阀开度下,负荷偏低。查A修前运行数据,在主蒸汽压力14.7 MPa,4 个调节阀开度分别为100%/0/0/100%时,机组负荷为400MW,折算到主蒸汽压力16.5 MPa 时,对应的负荷应为446 MW,即之前“两阀全开、两阀全关”对应的负荷比现在阀门状态对应的负荷还要高,这说明机组的通流部分确实存在问题。
  经现场检查,发现机组1号高压主汽阀阀体温度要比2号高压主汽阀阀体温度低10℃。
  综合以上判断,初步分析认为,造成上述现象的原因为:机组1号高压主汽阀阀蝶脱落或其后的3号高压调节阀阀碟脱落;或是1 号高压主汽阀前的进汽管及进汽滤网、3 号高压调节阀后的导汽管及其后的调节级区域发生了堵塞。
  3.4 检查情况
  在机组停运后,对3号高压调节阀进行了解体检查,未发现其阀碟脱落;检查1号高压主汽阀前的进汽管及进汽滤网、3 号高压调节阀后的导汽管及其后的调节级区域,未发现堵塞。
  对1 号高压主汽阀解体,检查发现:预启阀开启100 mm 以上时,高压主汽阀主阀蝶仍然未动,而高压主汽阀的阀门行程是188 mm,这显然与实际开启时高压主汽阀主阀蝶的开启点位置不符合,表明1号高压主汽阀的阀蝶已经脱落,拆除阀杆和1号高压主汽阀的主阀蝶后,发现1号高压主汽阀内用于带动开启主阀蝶的内套筒已经全部脱落,如图2所示。因此,机组运行过程中1号高压主汽阀开启时,其主阀阀碟未能全部打开,仅仅有少量蒸汽通过预启阀和未全开的主阀进入高压缸,造成汽轮机单侧进汽,检查结果与故障分析相符。
图2 高主阀主阀碟与套筒
  4 处理方法
  该机组高压主汽阀设计为直连式结构,整个高压主汽阀采用水平方式安装,主阀蝶和内套筒采用螺旋式安装方式,其安装工艺为:在内套筒全部旋入主阀蝶后,再将主阀蝶内壁边缘的几个点进行铆边,利用内套筒与主阀蝶的螺纹来承受高压主汽阀的开启压力,利用铆边来对内套筒进行定位和限位。从现场检查的情况看,原有的铆边已经全部脱落,在不修正凹凸不平的铆边的情况下,内套筒已可以在主阀蝶内自由装复和拆卸。
  分析主阀蝶内套筒脱落的原因:由于高压主汽阀采用水平方式安装,阀杆较长,在高压主汽阀整体装复后,阀杆可能与内套筒不同心,造成内套筒的水平下半部的螺纹壁受到向下的压力,在高压主汽阀阀杆移动或者是在机组打闸突然关闭高压主汽阀时,高压主汽阀内套筒的铆边可能受到了振动、压力或者冲击力,导致铆边脱落,主阀蝶内的内套筒在铆边脱落后由于蒸汽力或阀体振动等原因产生了旋转,最后整体从主阀蝶中脱落,使主阀蝶无法开启,造成汽轮机单侧进汽。
  高压主汽阀主阀蝶内套筒脱落后,高压主汽阀主阀蝶处于自由状态,高压主汽阀阀杆向开启方向运动时,预启阀开启到一定位置碰到限位的主阀蝶内套筒后只能带动内套筒一起向开阀方向运动,高压主汽阀主阀碟停留在原来的位置不会移动。当机组打闸时,预启阀会顶住主阀蝶,带动主阀蝶一起快速关闭,因此高压主汽阀主阀蝶脱落不会对高压主汽阀的快速关闭能力造成影响,仅仅影响高压主汽阀的开启程度,但通过对高压主汽阀的主蒸汽流量产生影响,最终会造成汽轮机转子受力变化,影响到轴瓦的温度与转子振动。
  现场对脱落的主阀碟和内套筒重新进行了装复,原设计中内套筒限位功能暂无法改进,内套筒重新装复后,对铆边部位进行了仔细加工,增加了铆边点数及铆边强度,加强对内套筒防转限制。经过上述处理之后,主阀碟和内套筒易脱落的问题得以解决。
  5 结论与建议
  汽轮机轴瓦温度发生异常的原因很多,汽轮机进汽通流面积发生变化会导致汽轮机的进汽压力不平衡,汽门进汽方式不正常、配汽方式不合理是其中的一个重要原因。汽轮机进汽压力不平衡,会导致转子受力不均,造成轴瓦温度偏高、轴承振动高等现象。检查确认汽门正常的进汽方式,优化合理的配汽方式,有利于改善汽轮机轴瓦瓦温、降低轴承振动。
  直连式高压主汽阀与杠杆式高压主汽阀结构相比,具有结构简化、便于安装和检修等特点,但由于安装工艺中铆边工艺不成熟或者实际铆边时铆得太浅,运行中容易造成高压主汽阀主阀蝶与套筒脱落的现象,建议制造厂优化铆边工艺细节,或改进安装工艺,将铆边工艺改为销子限位工艺,防止高压主汽阀主阀蝶内套筒位置不固定,在运行中逐渐与主阀脱落的现象再次发生。
  机组在运行过程中,应适时安排高压调节阀全行程活动性试验,并对机组各负荷段的运行参数和高压调节阀开度进行详细记录和对比,提早发现高压主汽阀阀蝶脱落的事故隐患,保障机组的安全运行。
(来源:汽机监督)
2019-09-13