660 MW 超临界机组锅炉给水泵小汽轮机速关阀故障分析及处理

陈顺青,叶明星,安 琪,于长江

(河北国华沧东发电有限责任公司,河北 沧州 061003)

锅炉给水泵是火电厂的重要设备,超临界机组的锅炉给水泵采用转速可变的小汽轮机来驱动[1]。某火电厂660 MW 超临界机组配套使用的锅炉给水泵型号为NK63/71/0型单缸、轴流、反动、冷凝式汽轮机,用于驱动660 MW 火电机组50%容量锅炉给水泵。2台汽轮机驱动2台锅炉给水泵,2台给水泵并联运行,配1 台主机。机组正常运行时,锅炉给水泵小汽轮机的工作汽源由主机四段抽汽提供,经速关阀进入蒸汽室。

给水泵小汽轮机速关阀在启动挂闸过程和阀门松动试验过程出现故障的情况较为普遍[2],类似问题亟待解决。文中重点介绍某火电厂660 MW超临界机组锅炉给水泵小汽轮机在启动挂闸过程中,发出ETS复位指令而未发出挂闸指令的情况下,速关阀自动开启问题的原因分析及处理。

1 故障情况分析

1.1 速关阀正常动作过程

小汽轮机速关阀也叫小汽轮主汽门,是一种电液伺服执行机构,通过与之配套使用的速关组件相关电磁阀接受DCS指令,控制速关阀油缸的供油和回油,从而开启和关闭速关阀,控制蒸汽与小汽轮机之间管路的通断。某火电厂660 MW 超临界机组锅炉给水泵小汽轮机速关阀的正常开启过程为:在润滑油系统正常运行后,ETS 复位,跳闸指令消失,速关组件停机电磁阀失电,插装阀关闭,快速泄油回路截断,挂闸指令发出后,速关组件的启动油电磁阀和速关油电磁阀同时带电,启动油压力建立,速关阀活塞与活塞盘的密封面紧密接触,速关油通路被截止,15 s后速关油电磁阀失电,速关油导通,速关阀在活塞盘左侧的速关油与活塞右侧的启动油之间0.05 MPa压差作用下缓慢开启,60 s后启动油电磁阀失电,启动油泄掉,小汽轮机速关阀在速关油的作用下迅速开启到全开位。小汽轮机速关阀正常开启曲线如图1所示。

图1 锅炉给水泵小汽轮机速关阀正常开启曲线

1.2 速关阀故障过程

某火电厂660 MW 超临界机组经过检修后对小汽轮机各阀门进行传动调试,传动调试速关阀时,在发出ETS复位脉冲指令后未发出挂闸脉冲指令的情况下,速关油压力低信号消失,跳闸指令消失,速关阀自动缓慢打开,启动油电磁阀和速关油电磁阀指令均未产生,就地启动油压力表指示0 MPa,就地速关油压力表显示约为0.8 MPa。小汽轮机速关阀故障开启曲线如图2所示。

图2 锅炉给水泵小汽轮机速关阀故障开启曲线

2 故障原因分析

2.1 故障曲线对比分析

将文中速关阀故障开启曲线与正常开启曲线作初步对比分析。经过图1和图2对比发现速关阀故障开启和正常开启过程主要有如下区别。

a.速关阀故障开启时,全程保持匀速缓慢开启,持续时间约3 min方可全开;速关阀正常开启时,先匀速缓慢开启约30 s,启动油电磁阀带电指令消失后速关阀迅速打开,开启全程用时约1 min。

b.速关阀故障开启时,ETS复位指令发出后,速关油压力低信号随即消失,建立速关油油压;速关阀正常开启时,ETS复位指令发出后,速关油压力低信号不消失,直至速关油电磁阀失电后速关油压力低信号消失,随后建立速关油油压。

c.速关阀故障开启时,挂闸指令并未发出,启动油电磁阀和速关油电磁阀带电控制指令均未产生;速关阀正常开启时,挂闸指令发出,启动油电磁阀和速关油电磁阀控制指令随即产生。

基于速关阀故障开启和正常开启过程的对比,基本可以排除控制指令误发的因素,但具体原因需要进一步深入分析。

2.2 速关阀机械原因分析

某火电厂采用无单独阀壳的速关阀,水平安装在小汽轮机进汽室侧面,主要由油缸和阀体两部分组成。机械结构示意见图3。

图3 锅炉给水泵小汽轮机速关阀机械结构示意

速关阀的开启是由启动油F 和速关油E2相互配合控制的。速关阀开启时,启动油通到活塞的右端,活塞在启动油油压的作用下克服弹簧力而压向活塞盘,使其与活塞盘的密封面紧密接触。然后,速关油通入到活塞盘的左侧,活塞盘左侧的速关油油压建立后,启动油通过速关组件中的溢流阀开始有控制的泄放。此时,活塞同活塞盘就像-个整体,在速关油和启动油压差(约0.05 MPa)作用下向右移动直到与试验活塞顶死,因为活塞盘和阀杆右端相连,所以随着活塞盘的移动,速关阀也随之开启。

从速关阀机械原因分析并结合故障现象可知,若阀杆上有盐垢或油缸部件有油垢而产生了额外的运动阻力,或者阀杆因长期运行发生弯曲而增大摩擦阻力都会造成上述故障现象。

2.3 速关阀调节油系统原因分析

速关组件是速关阀调节油系统中重要的组成部分,其主要包括1843启动油电磁阀,1842速关油电磁阀,2222、2223停机电磁阀,1853溢流阀,插装阀DG40和DG16等。速关组件结构及工作原理如图4所示。

图4 速关组件结构及工作原理

2.3.1 速关阀调节油系统“油路一”分析

润滑油系统正常运行时,供速关阀用润滑油由1路总供油管路分成2路分供油管路。其中速关阀调节油系统“油路一”的润滑油直接送至速关组件,进入速关组件后又分为4路:第1路经2250手动停机阀、2222/2223 停机电磁阀后成为插装阀DG40的控制油,该路控制油油压消失后插装阀DG40开启,速关阀供油管路中的速关油及油缸中的速关油快速泄掉,使速关阀迅速关闭;第2路经2309速关阀联机试验阀后成为试验油H 供速关阀松动试验用;第3路经1843启动油电磁阀后成为启动油F和危急保安装置的开关油M,启动油F压力建立后活塞克服弹簧力作用将活塞压向活塞盘,1853溢流阀保证启动油F 压力小于速关油E2约0.05 MPa,开关油M 压力建立后,危急遮断油门滑阀上的油压力克服弹簧力作用使危急遮断油门复位;第4路作为速关阀的“动力油1”进入速关油供油管路(图4带短斜线部分),插装阀DG40关闭时作为速关油E2直接送至速关阀油缸,插装阀DG40开启时直接泄放至回油回路。

2.3.2 速关阀调节油系统“油路二”分析

速关阀调节油系统“油路二”的润滑油直接送至危急遮断装置,经危急遮断油门后成为速关油E1再送至速关组件,进入速关组件后E1又分为2路:第1路作为插装阀DG16的“控制油”,第2路作为速关阀的“动力油2”。当1842速关油电磁阀不带电时,插装阀DG16开启,插装阀DG16的“控制油”、速关阀的“动力油2”、速关阀的“动力油1”汇合后成为速关油E2 进入速关阀油缸;当1842速关油电磁阀带电时,插装阀DG16的“控制油”使插装阀关闭,切断“动力油2”成为E2的通路,仅剩“动力油1”与E2导通。若插装阀DG40关闭,仅靠速关阀的“动力油1”的压力不足以克服启动油压力使速关阀开启。

从速关阀调节油系统油路分析并结合故障现象可知,速关组件中启动油电磁阀故障导致上述故障现象产生的可能性比较大。

3 故障处理及效果

基于以上分析并考虑处理缺陷的难易程度,该厂检修人员首先从速关阀调节油系统(尤其速关组件)入手。在故障处理过程中,检修人员意外发现启动油压力表一次门未开(机务检修作业因充氩焊接需要关闭一次门),在打开一次门后启动油压力表指示约为0.75 MPa,而此时无挂闸指令。根据速关阀控制原理可知,由于挂闸指令并未发出,启动油电磁阀无带电指令,但启动油油压已提前建立。因此考虑启动油电磁阀绕阻损坏、启动油电磁阀指令回路存在绝缘破损导致信号串入、启动油电磁阀损坏卡涩等几种原因。

通过对速关组件电磁阀控制指令回路检查及分别单独给电磁阀带电指令试验后,未发现指令回路存在明显绝缘破损、绕阻损坏情况。排除以上2个原因后,对启动油电磁阀进行解体,取出阀芯后发现套筒内部有杂质,对套筒内部进行彻底清洗,重新回装电磁阀后,再次开启速关阀,开启正常,缺陷消除。

4 结束语

通过对某660 MW 超临界机组锅炉给水泵小汽轮机速关阀在启动挂闸过程中故障开启的原因分析及处理,可以得出以下结论。

a.速关阀故障开启和正常开启区别2.1节a的原因是:由于速关阀整个故障开启过程中活塞盘左侧速关油E2与活塞右侧启动油F始终存在,二者之间存在0.05 MPa的压差,因此速关阀全程缓慢开启。

b.速关阀故障开启和正常开启区别2.1节b的原因是:ETS 复位,跳闸指令消失,2222/2223停机电磁阀失电,插装阀DG40关闭,快速泄油回路截断,速关阀的"动力油1"和来自危急遮断油门的速关油E1汇合后直接送至速关阀油缸,而此时由于1843启动油电磁阀卡涩导致启动油油压提前建立,速关阀活塞与活塞盘的密封面已紧密接触,速关阀油缸中的回油回路被截死,速关油油压建立,速关油压力低信号随即消失。

c.引发此次故障的直接原因为启动油电磁阀卡涩,导致电磁阀卡涩的主要因素是润滑油油料品质较差。建议机组运行期间严格控制小汽轮机调节油系统油料品质,机组检修期间对速关组件电磁阀线圈进行带电试验检查,对速关组件电磁阀进行解体,将电磁阀阀芯打磨光滑并清理套筒内部油污,从而避免机组在启动和运行过程中出现类似故障,保证机组的顺利启动和稳定运