300 MW汽轮机高压主汽门卡涩原因分析

2011-04-24张文强张耀宇

综合智慧能源 2011年7期

张文强，张耀宇

(辽宁华电铁岭发电有限公司，辽宁铁岭 112000)

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辽宁华电铁岭发电限公司(以下简称铁岭发电公司)#1～#4汽轮机均是哈尔滨汽轮机厂引进美国西屋公司技术设计制造的反动式、单轴、双缸双排汽，高/中压合缸、低压缸分流、亚临界一次中间再热凝汽式汽轮机，型号为N300-16.7/537/537。每台机组有2台高压主汽调节联合阀，呈卧式布置。高压主汽门是汽轮机用于快速切断进汽，实现停机的保护装置，高压主汽门是防止汽轮机超速最关键的保护装置。汽轮机一旦超速，容易造成汽轮机飞车、轴系断裂和汽轮机报废等严重事故，尤其对大型机组来说，其经济损失将会达到几千万甚至上亿元;如果现场有人员，还会造成人身伤亡等恶性事故。在定期做机组主汽门活动试验及停机过程中，4台机组的高压主汽门均出现卡涩现象，从而给机组的安全、稳定运行带来了重大隐患。从历次造成高压主汽门卡涩的原因来看，主要是热工电信号或伺服阀故障及门杆的机械卡涩，以下就这2方面的问题加以分析。

1 热工电信号或伺服阀故障

高压主汽门的开启采用高压抗燃油提供动力，关闭阀门则由弹簧力来完成。高压主汽门油动机的原理图如图1所示，从图1中可以看出，通过截止阀及10 μm金属网过滤器到油动机去的高压油流至电-液转换器控制，DEH阀位指令信号及LVDT位置反馈信号在伺服阀放大器上相加，得出一个位置信号误差，伺服阀放大器控制电-液转换器到相应于此信号的位置上，以精确控制油动机及主汽阀的位置。电-液转换器是一个由液压控制的中心封闭的四通滑阀，其腔室内部还设置有一组精密过滤器，电-液转换器或是使高压油进入油缸以打开主汽阀，或是从油缸中排出工作油使主汽门关闭。快速卸荷阀是由危急遮断总管油压控制的，起快速关闭主汽门的作用，此动作过程与电信号系统无关，快速卸荷阀还可以用作主汽门的手动关闭。

图1 高压主汽门油动机原理图

从其工作原理的分析可知，热工电信号或电-液转换器故障是造成主汽门卡涩的主要原因。电-液转换器对油质的要求特别高，双喷嘴挡板式电-液转换器最小通流线性尺寸为0.025～0.050 mm，一般节流孔径为0.46～0.80 mm。根据以上分析，合格的油质可以避免电-液转换器故障。因此，在抗燃油作业时，要保持环境清洁，密封件要定期更换避免老化;避免EH油局部过热发生氧化或热裂解而导致酸值增加或产生沉淀，增加颗粒污染;避免因温度过高而使油的电阻率降低，以防电-液转换器阀口的电化学腐蚀加剧。

2 门杆的机械卡涩

铁岭发电公司4台300 MW汽轮机高压主汽门卡涩，从原因上看，绝大部分都是由门杆的机械卡涩造成的;从时间上看，基本都在机组大修2年以后;从主汽门解体的情况来看(图2为主汽门内部示意图，a处间隙要求为0.35～0.48 mm，b处间隙要求为0.25～0.33 mm)，门杆及门杆套、阀蝶及其外套(a处间隙)表面出现灰黑色(或灰白色)氧化皮，门杆及门杆套处氧化皮厚度约为0.13 mm，阀蝶及其外套(a处间隙)处氧化皮厚度约为0.24 mm，阀蝶处表面最为严重，最厚可达1mm，形如鱼鳞状，局部有鼓泡和脱落现象，沿整个圆柱面不均匀分布，阀蝶及其外套(a处间隙)由正常的0.35～0.48 mm变为0，从而导致主汽门卡涩。

图2 主汽门内部示意图

氧化皮的产生主要与材质高温抗氧化性能及化学蒸汽品质有关。氧化皮的生成是金属在高温水汽中发生氧化的结果，氧化所消耗的氧主要来源于水汽本身的结合氧，在金属表面生成氧化皮。其化学方程式为

由此可见，提高材质高温抗氧化性能及化学蒸汽品质可降低金属氧化。铁岭发电公司主汽门杆的材料为2Cr12NiMoWV，表面渗氮处理，与之相配合的阀套材料为38CrMoAlA，表面渗氮处理，阀蝶材料为2Cr12NiMoWV。采用38CrMoAlA材质的高温抗氧化性能比2Cr12NiMoWV材质性能差很多，故采用38CrMoAlA材质部件氧化皮往往也是最厚的。为了提高其表面强度，主汽门上的几种关键部件在制造时均做了氮化处理，金属材料学的研究结果表明，高温服役的金属中C与N元素的含量与该金属的抗高温氧化性能成反比，在一定程度上降低了其抗高温氧化的性能。

金属的高温氧化是较普遍的，比较均匀的氧化皮相当于钝化层，可以提高金属的抗氧化能力。在机组停机、启动及负荷、温度和压力变化较大时，表面氧化皮(钝化层)与原金属的热膨胀系数存在差异，在金属发生较大的温度变化时，金属表面的氧化皮将会发生破裂，使氧化皮附着力下降，形成脱落，加速金属的氧化。另外，多次脱落的氧化皮在门杆和门杆套间隙内沉积一定程度后也能造成主汽门的卡涩。