燃气机组低压主蒸汽进汽控制阀卡涩故障分析及处理

2014-12-08汪剑波

中国设备工程 2014年3期

汪剑波

(福能集团晋江天然气发电有限公司，福建晋江 362251)

一、前言

晋江天然气发电有限公司1#～4#机组为F级燃气—蒸汽联合循环发电机组。汽轮机型号为D10优化型，为一次中间再热、单轴、双缸双排汽、冲动式无抽汽纯凝式机组。每台机组配用一只通径为20 in的低压主蒸汽进汽控制阀(ACV)。该阀的主要功能是调节低压进汽压力，防止透平超速，并向低压系统供冷却蒸汽以带走转子旋转产生的热量。

自2013年5月以来，1#机组ACV在启机过程中连续发生卡涩现象，给机组正常运行带来较大风险。

二、低压进汽阀工作方式

低压主蒸汽进汽控制阀阀体(图1)是带有偏心轴的、由多层密合圈材料制成的密合型碟阀。阀门开度调节采用单作用式的液压执行机构。液压油经孔板进入到伺服阀，调节后再由液压执行机构将碟阀打开到所需的阀位。机组遮断时，由伺服阀将控制阀关闭。

作为防止超速的第一道防线，低压主蒸汽进汽控制阀位置受来自Mark VI控制系统的信号调节。该信号与轴转速成反比：阀门在速度上升到额定转速的101%时开始关闭；在额定转速的103.5%或之前就完全关闭；当达到103.5%时，速度检测信号完全超越低压进汽控制信号使阀完全关闭。为了带走机组启动时汽轮机旋转产生的摩擦鼓风热量，要求向低压联通管送入辅助蒸汽去冷却汽轮机通流部分。当机组转速升至75%～77%时，低压主蒸汽进汽控制阀打开到10%开度，向低压系统供汽，直到从汽轮机高压和中压段来的蒸汽流量能满足冷却蒸汽量的要求时为止。

图1 低压主蒸汽进汽控制阀平面结构图

三、故障现象

2013年5月3日，1#机组温态开机。机组转速大于1 500 r/min后出现ACV阀开至5%后未继续开启的异常现象。图2给出了5月3日启机过程中ACV阀开度趋势图。

转速升至1 872 r/min时，Admission press 和 AP internal setpt百分数各为153%、100%，ACV阀指令为94%，而实际ACV阀位维持5%不变。检查机组AP Limiter Ref 百分数为128%，说明MARKVI控制系统给出的指令为全开。检查压力限制信号，发现非压力受限制引起ACV未全开。MARK VI控制系统画面中显示ACV阀前压力维持在0.39MPa。降低ACV阀前压力，转子转速达2 600r/min后，指令与反馈一致时才正常开启。其后多次开机，都出现了ACV阀开启异常。

图2 5月3日开机趋势图

图3 5月7日开机趋势图

图3为5月7日热态启机曲线，MARKVI画面ACV阀前压力维持在0.28MPa，到1 739r/min指令与反馈一致时正常开启。

四、故障原因分析

比较1#、2#机组启机过程中ACV阀开启时各参数曲线发现：热态启机相同压力情况下，2#机组ACV阀指令与反馈一致，没有出现开启异常，并且ACV阀开启后阀前压力维持稳定。因此，1#机组启机过程中，ACV阀开启异常，可能与ACV阀本身有关。相同压力下，2#机组ACV阀开启过程中未出现卡涩现象，而1#机组ACV阀开启异常，机组ACV阀门指令与反馈不一致，说明ACV阀门可能存在机械卡涩。

由图1可知，ACV阀主要卡涩部位包括：碟板与阀座接触处、阀本体上下两端阀杆与阀杆套处以及阀杆与轧兰处。主要原因如下。

(1)受压状态下，阀杆沿系统进气方向单侧受力发生形变，导致与阀杆套装配间隙单侧减小。

(2)阀杆与阀杆套膨胀间隙设计不够。受热后，阀杆与阀杆套将沿轴向及径向膨胀。当阀杆套原始轴向间隙不够导致轴向膨胀受限时，阀杆套将向径向膨胀而致与阀杆的径向配合间隙变小。

(3)阀杆与阀杆套间或阀杆与轧兰间因高温氧化物或杂质导致径向间隙变小，发生卡涩。

(4)在关闭状态下，阀瓣与阀座受热膨胀后卡住。