大型汽轮机高压调门伺服阀卡涩在线更换处理方法的探讨

宋亚飞

摘要：文章首先介绍了大型汽轮机高压调门伺服阀的原理结构及功能，重点分析了在线更换伺服阀过程中存在的危险因数，并提出了相应的具体检修控制策略。

关键词：汽轮机；伺服阀；在线更换；轴系振动；EH油泄漏

前言：

目前，为了满足电网稳定性的需要，大型汽轮发电机组要求必须具备快速且频繁调峰的能力，这对控制汽轮机进汽量的高压调门在灵活性和可靠性方面都提出了更高要求。国内大型汽轮机高压调门的控制方式普遍采用DEH控制系统，而电--液伺服执行机构无疑是其中最重要的组成部分。由于设备制造工艺不良、材质老化、维护检修不当等原因，可能会导致汽轮机电--液伺服执行机构出现卡涩问题，严重困扰汽轮机的安全运行，而且随着汽轮机投运年限增加，这一矛盾将愈发尖锐。探索一种能在线处理汽轮机电--液伺服执行机构卡涩故障的方法来避免机组非停已变得势在必行。

一、设备原理结构及功能介绍

汽轮机进汽量的多少是通过控制高压调节阀的开度来实现的。而调节阀开启由EH油压力来驱动，关闭则是靠操纵座上的弹簧力，两者平衡就可以维持阀门在某一指定开度。电--液伺服执行机构的功能就是控制调节阀油动机缸体的油量，即缸体内的EH油压力，进而来控制调节阀的开度，它的核心部件是伺服阀。

下面将简要介绍一下伺服阀的原理结构。伺服阀是由一个力矩马达和二级液压放大及机械反馈系统组成。第一级液压放大是双喷嘴和挡板系统；二级放大是滑阀系统。

当有电气信号由伺服放大器输入时，则力矩马达中的电磁铁间的衔铁上的线圈中就有电流通过，并产生一个磁场，在两旁的磁铁作用下，产生一个旋转力矩，衔铁旋转，同时带动与之相连的挡板转动，此挡板伸到两个喷嘴中间。在正常稳定工况时，挡板两侧与喷嘴的距离相等。当有电气信号输入，衔铁带动挡板转动时，则挡板移近一只喷嘴，使这只喷嘴的泄油面积变小，流量变小，喷嘴前的油压变高，而对侧的喷嘴与挡板间的距离变大，泄油量增大，使喷嘴前的压力变低，这样就将原来的电气信号转变为力矩而产生机械位移信号，再转变为油压信号，通过喷嘴挡板系统将油压放大。挡板两侧的喷嘴前油压，与下部活塞的两个腔室相通，因此，当两个喷嘴前的油压不相等时，滑阀在压差的作用下产生位移，滑阀上的凸肩所控制的油口开启或关闭，便可控制高压油由此通向油动机下腔，以开大汽阀的开度，或者将活塞下腔通向回油，使活塞下腔的油泄去，由弹簧力关小或关闭汽阀。

伺服阀作为正常运行中控制每个高压调门油动机缸体进油和泄油的窗口，若出现中间位卡涩，将会造成调门油缸持续保持在进油或泄油状态。当泄油状态时，调门将会一直处于关闭状态；而当进油状态时，调门将会一直处于全开状态，在两种状态下，调门均失去了调节功能。

二、在线更换伺服阀存在的危险因素

1、汽机高压调门汽侧隔离时的轴系振动问题

当伺服阀卡涩在进油状态时，对应高压调门将会一直处于全开状态。要实现在线更换处理，先得将该阀门的汽侧进行隔绝，若直接采用对其油动机缸体隔离泄油的方法来关闭调门，由于无法控制调门的关闭速度，这样势必会对汽轮机进汽系统形成一次大幅扰动冲击，极有可能引起汽轮机轴系瞬间受力不平衡而振动值超限跳闸；若采用上一级对应高压主汽门进行扩大隔绝，机组将会面临一个较长时间单侧高压主汽门运行的特殊工况，对汽轮机轴系的承受能力也同样提出了一个严峻考验，尤其是在汽侧隔离过程中，一旦出现操作不当，同样存在造成汽轮机轴系振动值超限跳闸的风险。

2、验证单个高压调门EH油路在线隔离严密性的问题

根据高压调节门EH油路实际结构情况可知，要实现与伺服阀相连的所有油路隔离，取决于压力油供油门、OPC母管逆止阀、有压回油母管逆止阀三个阀门的严密性。EH油压力高达14Mpa，若某个隔离阀门存在内漏缺陷，一旦伺服阀解体，必将造成EH油大量外漏，对人身及设备都要带来严重的安全隐患。能否在伺服阀解体前验证其油路隔离的严密性，是安全顺利开展伺服阀在线更换检修工作的前提条件。

3、EH油泄漏极易引发火灾的问题

由于EH油系统压力极高，如果发生泄漏，漏油速度极快，而且 EH油系统毗临热体，附近高、中压缸及供汽管道温度均高达600℃，漏油一旦进入保温层极易引发火灾，甚至引燃汽机润滑油系统，严重时可能造成汽轮机断油烧瓦、大轴弯曲的恶性事故。如何应急处理EH油系统泄漏，提前做好防火灾措施，对避免恶性事故的发生变得尤为重要。

三、检修更换伺服阀具体控制处理策略

1、更换检修前准备

1）、当发现汽机高调门伺服阀卡涩异常后，第一时间解除该高调门自动控制方式，联系热控人员强制该调门指令与反馈一致，防止调门失控而突然大幅开关；

2）、汽机由“顺阀”切至“单阀”运行，最大可能平衡汽机轴系轴向推力；

3）、保持运行高压调门适当裕度，降机组负荷至一半额定出力以下；4）、解除机组AGC控制，退出汽机RB、一次调频等功能，减少检修期间其它扰动因数；

5）、由于机组负荷较低，投运锅炉燃油系统，做好炉膛应急稳燃措施；

6）、提前联系专业消防人员到场，并准备充足消防器材，做好紧急灭火准备。

2、具体操作过程

1）、先解除与故障高调门相关联的另一高调门自动控制，手动逐渐关闭该高调门至0，检查其它两个正常自动运行高调门逐渐开大，维持汽机负荷、汽压、轴承振动等参数均稳定；

2）、接着解除故障高调门上一级高压主汽门自动控制，手动逐渐关闭该高压主汽门至0，检查其它两个正常自动运行高调门逐渐开大，维持汽机负荷、汽压、轴承振动等参数均稳定；

3）、再就地关闭故障高调门油动机进油手动门，开启其油缸泄油门进行泄压，同时检查该高调门关闭到0；

4）、用临时压力表测量故障高调门油缸油压已泄至0，解体更换其伺服阀；

5）、故障高调门伺服阀更换完毕，开启油动机进油手动隔绝门，进行高调门传动试验，确认活动正常；

6）、恢复过程，先开启关闭的高压主汽门，再手动同步逐渐开启两个对应关闭的高压调门，检查其它两个正常自动运行的高压调门逐渐关小，待4个高压调门开度基本一致，将两个手动控制的高压调门均切至自动控制方式；

7）、调整恢复机组其它运行方式至正常。

3、重点注意事项

1）、在伺服阀检修期间，若出现大量漏油并无法立即隔绝时，果断解除EH油泵备用联锁，停运运行EH油泵，触发汽机跳闸保护动作，执行紧急停机；

2）、在关闭高压主汽门过程中，由于阀门线性较差，可能会出现阀门突然节流情况，并引起机组负荷瞬间突降，注意加强锅炉燃烧、汽压等参数的调整，尤其是开关阀门速度应控制缓慢，避免引发其它事故；

3）、用临时压力表测量故障高调门油缸油压已泄至0后方可解体伺服阀，否则应停止下一步更换工作，保持故障高调门关闭，恢复其它主汽门、调门至正常运行方式，申请停机处理；

4）、在汽机高调门汽侧隔离操作或单侧主汽门运行期间，严密监视汽机参数，若出现汽机轴承温度、轴承振动、轴向位移等参数超限或其它达到汽机跳闸保护动作条件时，应确认保护动作，否则应立即果断手动打闸汽轮机；

5）、检修现场应设置警戒围栏，防止无关人员进入，并保证有充足的消防人力和器材，随时做好紧急灭火准备，避免火灾发生；

6）、如果出现漏油，要及时彻底地更换被污染的保温层，避免埋下火灾隐患。

四、结束语

在处理汽轮机高调门伺服阀卡涩故障时，只要检修过程中的危险因数分析全面且安全保障措施得当，是可以实现在线更换的。但为了确认机轮机能否安全运行在半侧高压主汽门隔绝的特殊工况，建议坚持定期对汽机各进汽阀门进行成组活动实验来提供实践依据；在检修具体策略中，高调门伺服阀油路的隔绝借助了两个逆止门，这是不太符合有关安全规定的，更可靠的隔离方法有待于进一步去探索研究。