600MW汽轮机再热主汽阀卡涩及结构改造探究

黄 俊

（国能黄金埠发电有限公司，江西 余干335100）

汽轮机是工业生产不可缺少的重要设备，在工业生产过程中起到重要的作用，当前，600MW汽轮机组是最为重要的设备之一，在运行过程中，受到各种因素的影响，往往会出现各种故障，影响到设备的良好运转。从设备的整体结构上看，再热主汽阀是汽轮机保护系统最为主要的部套，在机组打闸后，所有主汽阀和调节汽阀会同时快速关闭，能够快速有效切断汽轮机进汽空间，避免了设备机组超速运转，保证了设备的稳定与安全。但是，在实际运行过程中，调节汽阀卡涩或关闭不严的问题往往会造成设备的运转失灵，只有全面做好结构性分析与调节，才能确保严密，更好地实现设备功能。

1 设备概况

根据实例我们分析某汽轮机组的具体情况，假设机组容量600MW，其整体性能为超临界、中间热、四缸四排、单轴凝汽，以此汽轮机组为例，全面分析设备的情况。根据运行的条件，在汽轮机压缸两侧各布置一个再热主汽阀和两个再热调节汽阀。设备工作流程如下：设备开启后，再热主汽阀和再热蒸汽管道能够把蒸汽从锅炉再热器传输到中压缸进口，再热调节汽阀快速形成关闭，能够全面控制由锅炉再热段传导来的蒸汽，可以说，再热主汽阀的作用非常大，能够协调再热调节汽阀的相关工作，起到了备用阀的作用，能够全面保证设备运行中的稳定与安全，同时也起到安全阀作用。再热主汽阀为摇摆止回式蝶阀，其开关控制主要是安装在弹簧室上的再热主汽阀油动机，整体设备结构较为复杂，阀轴安装阀碟，油动遮断阀安装到油动机对面轴端。再热主汽阀为开关式两位阀门，也就是说在工作过程中，能够全关或全开，保证了设备的安全。再热主汽阀全开就表示设备正处于正常运行期，此时的油动遮断阀是关闭的。再热主汽阀阀体蒸汽压越强，运行工况则会压力越大，如果再热主汽阀轴和衬套间小间隙泄漏蒸汽，则会影响到设备的正常运行，这种情况下，就会造成再热主汽阀轴端一侧压强与运行工况相同，另一端大气压过强，两侧压差的不同，往往造成轴向低压端移动，轴杆与球面垫片直接接触，此时的球面垫片负荷压力就会加大，产生不必要的摩擦阻力。再热主汽阀运行过程中，油动遮断阀呈开启状态，而油动遮断阀释放再热主汽阀轴端压强后，就会大幅度减少球面垫片摩擦力，热主汽阀就会进行自由转动。在汽轮机组中，再热主汽阀是设备的核心部分，作为设备最重要的阀门，如果控制不当，则会对设备产生负面影响，不利于设备的稳定运行，只有全面保证其安全稳定，才能更好地实现安全运转，再热主汽阀开启出现的阀门卡涩，影响了设备的正常运行，其安全性不容忽视，要全面加以改良，消除隐患，才能保证设备运行稳定。

2 故障过程

该600MW汽轮机组启机时，出现了一次故障，主要表现为，二号（右侧）再热主汽阀不能正常开启，造成了机组全面失控。此时的一号（左侧）再热主汽阀是能够正常开启的。为了保证设备的良好运行，则需要提前挂闸，采取临时性的措施，关闭小高压旁路阀，以此全面降低再热蒸汽压，下降为0.28MPa进行启动，这样才能在保证一号正常运行的前提下，对二号再热主汽阀进行启动。设备整体运行4年整，从主蒸汽系统、EH油系统、润滑油系统、再热系统的参数上看，均为正常表现，需对上述无法正常启动的原因进行深入分析。

3 原因分析

3.1 机械卡涩

机械卡涩的故障较普遍，也是机组无法正常启动的重要原因，因为长时间的运行过程中，各部分部件出现了摩擦，往往导致再热主汽阀不能正常启动，阀体部件间机械卡涩是较为普遍的现象，在设备运行中也较多见。通过对再热主汽阀结构的分析，其卡涩的部位有可能为阀杆轴向连接处、阀杆径向连接处及EH驱动油缸传动的问题，为了查清机组的问题原因，需要通过冷态拆解的方式，对设备进行拆除，这样，才能查明成因，进一步修复设备，保证设备能够良好运转。

第一，阀杆轴向连接是阀杆与球面垫片接触面的设备。阀杆材质主要是2Crl2NiMolW1V（叶片钢），球面垫片材质主要是38CrMoAlA-5+6（氮化），两种材质都是耐磨材质，部件具备一定的摩擦性。设备拆解后发现，球面垫片出现了磨损，影响到了设备的运行，球面垫片有重要的功能，其能在阀体开启后对设备进行自动调整，保证封闭性，避免间隙泄漏蒸汽的现象。针对球面垫片磨损的问题，需要对照标准参数进行调节，整体看，阀门开启时垫片承受到了较大的力量，其巨大的轴向力影响了开启功能。要根据标准参数做好调整，确保再热主汽阀数据处于标准中，如果数据没有问题，那么问题就是再热主汽阀开启的时候，油动遮断阀没有快速释放轴向蒸汽压强，导致了阀杆卡涩的情况出现。另外，阀门处于一定热度时，阀杆和球面垫片会产生不同程度的膨胀，二者的速度不一致也会出现阀杆卡涩。

第二，阀杆径向的连接处是阀杆与4个衬套结合面，其表面氧化皮会形成小部分空间的堆积，径向卡涩在所难免。

第三，油缸传动部分的问题。油缸传动关乎到设备的运行，如果传动失灵，也会出现问题，油缸传动由连杆传动和弹簧座两部分组成，通过拆解看到，弹簧保持正常，没有出现裂纹、锈蚀和变形现象，也就是说，设备不能正常运行，并非是弹簧导致的，能够全面排除油缸传动产生的成因。

3.2 介质压差

机组在正常的状态下，再热主汽阀能够在设计压强5.25MPa的常态下正常启动运行，不存在卡涩的故障，设备始终处于良好的性能状态下，而设备在启机过程出现了故障，往往也与介质压差有关，也就是说，平衡阀开启后再热主汽阀前后压差达不到设计的平衡度，油动机不能克服弹簧力和再热蒸汽对阀板反作用力，此时阀门是不能正常启动的。通过对设备的再一次认定，对设备进行二次启动发现，再热蒸汽压强降至0.28MPa时开启，热主汽阀也随之启动，此时就证明介质压差对阀门产生了影响，出现了不能正常启动的现象。介质压差大小与设备开启有直接关联，从数据计算结果看，如果差偏大则表明平衡阀及所在管道出现了问题。平衡阀DN32的截止阀口径小，不利于设备长期运行，如果工作时间过长，就会出现异物堵塞管口的现象，再热主汽阀后压强就没有及时建立起来。如果运转时高压调节阀内漏，也是造成再热主汽阀和高压调节阀压差大的成因，经过对设备的拆解分析，调节阀正常，有一定的严密性，整体外观上没有漏点，不存在内漏的现象，那么造成设备不能正常启动的成因就是平衡阀口径小出现了堵塞，只有通过一定的技术改良，才能进一步修正，保证设备正常启动。

3.3 液压油系统故障

液压油系统故障也是较为多见的故障成因，因为油路系统是启动时必要的环节，特别是再热主汽阀的驱动，更是由液压油缸进行，才能全面驱动运转，液压油缸为EH油系统。EH油系统如果出现问题，很大的一部分原因出自液压油缸动力上，如果动力不够，就没办法驱动再热主汽阀运转。在系统运转过程中，EH油系统起到了至关重要的作用，从油路问题的分析上，我们也不难看到，EH油泵出力不足、伺服阀卡涩及管道堵塞均是最为重要的问题表现，在实际运行时出现的频率也非常高。再热主汽阀不能启动的时候，可直接导致设备无法正常运行，分析成因时，就需要在EH油系统启动过程中进行，可以设定上限14.5MPa，另一侧再热主汽阀如果能够及时开启，则说明就是EH油泵出力的问题，动力不足导致无法启动。

3.4 冷热态形变

再热主汽阀热态与冷态都会出现温差，温度如果出现变化就会导致部件的形变，出现机械卡涩问题。在制作过程中，为了避免温度过冷过热出现的变形问题，采取的材质都是高耐热材质，有一定的抗冷热伸缩性能，而在实际运转的环境下，如果汽轮机冷态启动，冲转到了3000r·min-1后，再热主汽阀轴杆与阀体温差达到300℃，从理论上看，轴杆与端盖轴向间隙3mm，长期使用中一直没有对设备进行质检，质检过程中，也没有重视轴杆与端盖轴向间隙的问题，间隙值小于3mm很容易出现轴向碰磨的硬伤，轴杆与端盖轴向间隙小造成了再热主汽阀卡涩。

4 处理措施

通过对上述成因的分析，找到了问题的主导因素，再热主汽阀卡涩的问题主要是阀杆轴向卡涩径向卡涩、介质压差导致油动机无法推动阀板造成的，要想全面解决好这些故障，则需要通过以下方法进行处理，全面保持设备稳定安全运转。

4.1 扩大轴向间隙，消除阀门轴向卡涩

以再热主汽阀阀体主体结构为依据，对轴向间隙进行系统的全面调整，我们设计合理的空间，对轴向垫片厚度和球面垫片厚度进行调节，使其更加适合当下的空间运转工况。通过和技术人员的研究，并与制造单位沟通，对油动遮断阀端盖垫片加厚1mm±0.2mm，这样，就能够使端盖与轴杆端面间隙加大；对重新出来的球面垫片也减少厚度，控制到1mm±0.3mm，通过这种处理，有效缓解了摩擦硬伤，避免出现机械轴向卡涩。

4.2 平衡管改良，减少阀门介质压差

再热主汽阀平衡阀是DN32截止阀，如果稍微进行一下改良，则会更加平衡，避免出现运转中的堵塞隐患，解决了运转的风险。通过和技术人员研究，重点把改良部分放于平衡阀改良上，加大的口径为DN50，加粗平衡管，这样做的目的是增加了空间，平衡管蒸汽导通速度更快，对设备启动过程中的压力有了一定的缓冲，减少阀门开启前后介质压差的不同，避免出现故障问题。

4.3 调整蒸汽压强，减少阀门介质压差

再热蒸汽压强对设备启动的影响较大，为了减少这种影响，则需要对再热主汽阀进行改良，全面调整压力，要对运行的参数进行调节，保证开启质量。通过技术研究，操作过程中，如果再热主汽阀不能正常启动，可以把再热蒸汽降低到0.3MPa后再挂闸，如果参数没有改良，则说明启动良好，这种方式有效减少了前后的介质压差。

4.4 改造阀门轴端，消除阀门径向卡涩

为了减少故障率，也可以对再热主汽阀油动机进行重新设计，加装轴杆轴向移位部件，这样做的根本目的就是对阀杆施加外在的轴向力，这样，阀杆处于热态下也能有效保持轴向运动，避免出现阀杆径向卡涩的现象，为了达到安装目的，需要加装饼式千斤顶、行程开关、导向杆、圆形支撑板及相关千斤顶液压油相关设备。装置结构如图1所示。

图1 轴杆移位装置结构示意图

5 故障排查原则与技巧

5.1 故障排查原则

故障诊断要求准确，故障排查要求安全、快速。故障现象与原因并非简单的一一对应关系，而是错综复杂的关系，这给故障诊断与排除带来很多困难。一旦故障原因诊断为汽侧结垢，就需要解体汽阀清理垢物、修复间隙至合格范围，检修过程工艺复杂、耗时长。因此，掌握上述故障排查原则并灵活运用以下技巧，可以提高故障诊断率、大大缩短故障排除时间，这一点是消除汽阀卡涩工作的关键点。

5.2 故障排查技巧

当条件允许时，拆去推力杆与连杆之间的销子，将汽阀分为上下两部分采用排除法进行故障诊断。使用专用工具人工旋转阀杆，若汽阀能轻松旋至关闭位，则可以排除汽侧结垢原因，诊断重点应转移到执行机构部分。执行机构部分的液压部件（如快速卸载阀、逆止阀等）检查或更换过程大约只需1h，更换油动机则需要3h～5h。为增加故障诊断经验，进一步掌握油动机与其他液压部件的故障区别，可事先准备一块20MPa的压力表和一个合适的接头，将压力表和接头接通于油动机下腔室，回装销子，做一次机组挂闸、打闸试验，通过压力表数值监测油动机下腔室油压变化情况，若打闸后压力表数值能迅速降低到1MPa左右而汽阀仍然卡涩，则可判定故障在油动机；反之，故障在其他液压部件。

6 结束语

600MW汽轮机组再热主汽阀卡涩是造成设备不能正常运转的关键，要全面进行技术改良，才能保证设备良好运转，通过从动静间隙、管道压差及液压油路等方面查找成因，最后制定出了系统优化的措施，排除了再热主汽阀卡涩问题，以此，提升机组运行整体效率。