NK63/71/0型凝汽式汽轮机速关阀异常关闭原因分析

NK63/71/0型凝汽式汽轮机速关阀异常关闭原因分析

张宇

辽宁东方发电有限公司   113007

摘要：针对辽宁东方发电有限公司2号机组小汽轮机在运行中速关阀异常关闭的事件，通过对小汽轮机运行工况、蒸汽系统、调节系统和速关阀结构的分析，采用排除法对多次出现的无报警速关阀异常关闭现象进行了试验、系统分析，并找出速关阀异常关闭的原因。在对系统进行改造后，未发生同类事件。

关键词：小汽轮机；速关阀；逆止门；速关阀蒸汽滤网

一、故障征兆

   我公司汽轮机为哈尔滨汽轮机有限公司生产的350MW亚临界、凝汽式汽轮机，配置1台100%容 量的锅炉给水泵，驱动汽轮机为杭州汽轮机厂生产的NK63/71/0型凝汽式汽轮机。2019年-2021年2号小汽轮机共发生了5次跳闸现象，共同点均是小汽轮机高调门开启一段时间后，在无征兆的情况下突然跳闸。机组跳闸前瞬间没有任何征兆，且运行参数正常 。跳闸后，除报警信息显示 “MEH跳闸（速关油压低0.3Mpa）”外，无其他信息 。

5次小汽轮机高调门开启时间对比分析：

二、检查过程

   问题可能存在于液压 、机械或热工控制系统 。可能的故障源可细分为六类：  调节油路 、危急保安装置 、速关阀、速关组件 、错油门 、仪表控制，故采取了逐项排除法找出故障原因。

3.1仪表控制故障

    电子调速器故障引发跳机 。从电子调速器原理了解，假若是电子调速器故障，它引起的跳机是通过转速设定值突然归零，从而使电液转换器输出为零，调门关闭而实现，该原因可排除。对小机转速逻辑排查情况：排除了小机转速差故障保护动作导致小机跳闸现象。

3.2 错油门部套失灵

   错油门滑阀与滑阀套定位不合适或由于磨损过封度变小，可引起油压波动，或瞬间对油动机的给油量不足，致使机组跳机。但通过静态试验，排除了油动机给油量不足的问题 。解体错油门检查磨损情况 、对滑阀套进行重新测量定位 。

3.3速关阀内部泄露，回油不畅，致使速关阀动作。

    从速关阀结构上分析，速关阀关闭造成跳机可能性极大 。 汽轮机启动时，启动油  (0．6～0．7MPa)  把缸套推向前端和活塞盘接触形成封闭活塞，主汽阀关闭 。通过启动装置，启动油和速关油转换，速关油压增至正常压力0.65～0.72 MPa，而启动油压减为0，这样，整个活塞就在速关油的推动下向后端移动至止动位置，同时速关阀打开，蒸汽进入高调准备冲转 。速关阀油缸各油管都是从顶部进出，也就是整个油缸充满油后才有油从回油管中排出。活塞的泄漏有三个方面：一是从缸套和油缸壁的间隙泄漏二是从缸套和活塞盘接触处泄漏，三是阀杆和活塞盘连接处泄漏 。不管泄漏从哪方面来，如果排油畅顺，缸套内部不会形成憋压，活塞盘在0.7MPa以上的油压作用下克服弹簧力压紧缸套没有问题 （前面通过逐步降低油压的试验已证明，只要0.36MPa压力就可克服弹簧力使活塞盘同缸套封 闭成整体）。如果速关阀内部泄漏，回油不畅，就会在活塞 盘和缸套间产生背压，致使速关阀弹簧动作 。因为泄漏是 缓慢增大的，所以此种情况的跳机有一定的周期性，也与 机组的振动有关，但与本机组的无规律跳机不吻合。为保 险起见，解开速关阀回油管引一路透明管道作为回油，发 现泄漏不大。通过速关阀活动试验，验证其动作正常，并且解体速关阀检查油缸壁、活塞盘和缸套的磨损及密封情况，均无异常，无需通过增大排油截面或减少泄漏的方式降低背压。                           

3.4 小机推力瓦检查

   推力间隙实测为0.47mm（标准为0.39-0.53mm），符合质量标准。 

   2021年6月,在2号机组B修停机后对小汽轮机开展高调门静态试验，高调门开度200%、运行30分钟油压未发生波动，无保护动作现象、交流油泵电流未发生波动现象。通过以上检查及静态试验基本排除了设备故障造成速关阀异常关闭。

三、小汽轮机速关阀异常关闭分析

    小汽轮机设计工况点为主机点THA工况，工作汽源为主机四段抽汽，在低负荷阶段四抽压力较低的情况下，使用备用冷再汽源，其汽源切换点为主机40% THA 工况。设计上没有考虑冷再汽源单独带满负荷的工况。

    当机组功率下降，四段抽汽不足以维持小汽轮机转速，需要开启高调门来补充蒸汽流量。高调门开启后，其门后压力必须高于四段抽汽压力才能补充进汽，所以就会排挤四抽。补充进汽后，四抽与冷再蒸汽混合，汽温降低，小汽轮机的入口蒸汽比焙下降，相对内效率下降，功率下降，而要维持转速不变，进汽量就要增大。这样就会造成高调门越开越大，直至完全排挤四段抽汽。

小汽轮机使用四段抽汽时，蒸汽在速关阀前几乎没有节流，蒸汽流速相对较低。使用冷再蒸汽后，由于冷再蒸汽通过高调门节流后压力从3.7MPa降到1.1 MPa,门后蒸汽流速较高，加之使用冷再蒸汽时流量大，所以相对于使用四段抽汽，使用冷再蒸汽对速关阀蒸汽滤网的冲击力大。

 蒸汽通过速关阀蒸汽滤网通至主阀蝶前的腔室，由于速关阀蒸汽滤网是圆筒型，四周均匀进汽，这样阀杆沿径向四周的压力基本一致，阀杆不会偏斜和弯曲。我公司2009年由于原速关阀蒸汽滤网的强度设计偏小；长时间运行导致速关阀蒸汽滤网破损,大量碎片进入小机缸体,严重威胁机组稳定运行，将两台小机速关阀蒸汽滤网拆除。由于蒸汽没有了速关阀蒸汽滤网束缚，直接冲击在阀杆和主阀碟上，必然会在阀杆上产生一个沿径向方向的扭矩。从而导致油缸内与阀杆相连的活塞盘产生偏斜，活塞盘与活塞密封面之间产生张口，速关油漏油量增大，油压降低。

小汽轮机使用四段抽汽时，阀杆在弹簧作用力、速关油作下处于一种平衡状态：

                        F + △P x S1 + F2 = P2 x S2

式中：F为弹簧的作用力；△P为主阀碟前后差压；S1为主阀碟面积；P2 为速关油压力；S2为油缸内活塞盘面积;F2为导向套筒对阀杆的作用力。

小汽轮机在正常调节过程中，当主阀碟前后差压△P发生微小发生变化时，用于定位速关阀全开的导向套筒对阀杆的作用力F2也会相应变化，使阀杆达到一种新的平衡状态。但是当主阀碟前后差压△P增量过大，速关油压就将无法克服弹簧的作用力，弹簧会带动阀杆及活塞盘沿速关阀关闭的方向移动，造成活塞盘与活塞之间的密封面脱开， 速关油迅速被泄掉，阀门关闭。

四、治理措施

速关阀（图9）是小汽轮机与蒸汽管路之间的主要关闭机构，在紧急状态下切断的汽轮机的进汽， 使机组快速停机，也称为速关阀，由阀体部份和油缸部分组成。在运行过程中，速关阀通过速关油克服弹簧的阻力保持开启。当速关油失压时， 在弹簧的作用力下，油缸内的活塞盘与活塞会脱开，速关油与排油口相通，使速关油瞬间泄去，活塞盘与阀杆、主阀碟被推向关闭位置。

图9（速关阀实物）

   利用等级检修，解体2号小汽轮机速关阀，加装速关阀进汽滤网（图10），达到稳流作用，防止蒸汽直接吹向速关阀门杆。

   2号机组2021年6月10日启动并网， 6月17日15:00时，2号机组负荷145MW,主汽温度536℃，主蒸汽流量455.8T/h,给水流量508T/h，做小机高调门开启试验，2号小汽轮机高调门开启80%，保持高调门开启40分钟，小汽轮机运行正常，15:40小机高调门关闭后重新开启至75% ，保持高调门开启运行20分钟，小汽轮机运行正常。6月18日11:00时，2号机组负荷117MW,主汽温度529℃，主蒸汽流量431T/h,给水流量407T/h，做小机高调门开启试验，2号小汽轮机高调门开启80%，保持高调门开启120分钟，小汽轮机运行正常。至2022年6月2号机组小汽轮机运行状况良好，未出现速关阀异常关闭现象。 

参考文献[1]应战文晓庆.汽轮机无报警跳机原因分析[J]. 维护与修理, （2011） 02-0022-03

作者简介：张宇，男，吉林省永吉县,本科学历，高级技师、工程师，辽宁东方发电有限公司生技部专责，辽宁省抚顺市东洲区章党街道阜宁北一路，电话：13364239729，邮箱：312703175@qq.com