汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥問題分析及處理

引言

某鋼鐵公司發(fā)電站汽輪機是以高爐煉鐵時產(chǎn)生的高爐煤氣和煉鋼時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐煤氣作為燃料,利用一座320t/h的高溫超高壓鍋爐給汽輪機提供高溫超高壓蒸汽進行發(fā)電。高壓進汽部分由主汽門與高壓調(diào)節(jié)閥組成,正常運行時主汽門全開,高壓調(diào)節(jié)閥運行方式也同步延展為單閥與順序閥兩種模式。鋼鐵企業(yè)煤氣管網(wǎng)壓力波動大的特殊性,導(dǎo)致機組負荷變化較大,為了能夠確保在負荷突變時不至于引起過大的熱應(yīng)力和熱變形,目前該機組應(yīng)用單閥運行模式。機組控制系統(tǒng)使用DEH控制系統(tǒng),DEH控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示,運行時由主控器提供設(shè)定值,合理轉(zhuǎn)化為單個高壓調(diào)節(jié)閥的對應(yīng)開度指令,控制程序是利用位移傳感器LVDT1與LVDT2的平均值進行調(diào)門閥位控制,調(diào)節(jié)主蒸汽的進汽量,從而調(diào)節(jié)機組負荷。調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制邏輯簡易圖如圖2所示。

1汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥問題背景研究

某鋼鐵公司發(fā)電站2#機組額定功率為93MW,于2018年3月1日投產(chǎn)運行。自2018年9月起,2#汽輪機發(fā)電機DEH調(diào)速系統(tǒng)就開始有故障,運行時發(fā)現(xiàn)負荷會有2～3MW的波動,并且隨著時間的推移,負荷波動也逐漸變大:2019年7月開始負荷波動達到5～10MW。高壓調(diào)節(jié)閥加減負荷有兩個檔位,分別為1%和0.2%調(diào)節(jié)度,如果用1%調(diào)節(jié)則負荷波動10MW以上,用0.2%調(diào)節(jié)則負荷仍然有5～8MW波動。

高壓調(diào)節(jié)閥中輸入值與反饋值偏差為3%～6%,且機組負荷波動不局限于某個負荷,有時50MW加減波動頻繁,有時60MW波動頻繁,因此在每個負荷上都可能波動:并且由于調(diào)門波動造成開機時升速曲線很難保證,轉(zhuǎn)速波動大,特別是在3000r/min額定轉(zhuǎn)速時大約有30r/min的上下波動,造成機組并網(wǎng)困難。

由于2#汽輪機的負荷波動,為了保證機組不超負荷運行,運行中需要給機組負荷波動余量,造成2#機組運行時很難達到額定負荷93MW,最高負荷只能維持在85MW左右(此時負荷一直波動在80～90MW,有時會波動到95MW）,同時也給配套的320t/h高溫超高壓鍋爐的水位調(diào)節(jié)造成了很大影響。

另外,因為控制程序是利用位移傳感器LVDT1與LVDT2的平均值進行調(diào)門閥位控制,當(dāng)調(diào)整其中任意一個位移傳感器的值時,其反饋值均會受到影響,所以為保證機組的安全正常運行,需要在停機情況下對高壓調(diào)節(jié)閥的反饋值進行修正。同時,發(fā)現(xiàn)油動機現(xiàn)場行程測量連桿出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象,在調(diào)節(jié)中油動機現(xiàn)場行程測量連桿的行程受阻,造成油動機位移連桿彎曲。

油動機活塞經(jīng)常抖動,在抖動時負荷突然增大,最高曾突然增大20MW。為了防止機組負荷突然增大,超過額定功率,2#機組運行時必須給負荷留下波動余量,故而不能帶滿負荷,否則將嚴(yán)重影響機組的安全運行以及機組的發(fā)電量。

2問題產(chǎn)生的原因分析

2.1油動機現(xiàn)場行程測量連桿卡澀

油動機現(xiàn)場行程測量連桿與固定板的間隙太小且均為不銹鋼材質(zhì),沒有潤滑效果,容易造成卡澀現(xiàn)象:同時油動機中沒有安裝防塵裝置,固定板與行程測量連桿長期處于含塵環(huán)境中,固定板與行程測量連桿之間會積累一定量的灰塵,這也是導(dǎo)致測量連桿卡澀的原因。而行程測量連桿卡澀會使測量連桿行程受阻,導(dǎo)致位移連桿彎曲。

2.2油動機活塞抖動

油動機活塞與調(diào)節(jié)閥的連桿使用螺母連接,因為鋼鐵企業(yè)的特殊性,煤氣管網(wǎng)壓力波動大,使機組負荷變化較大,高壓調(diào)節(jié)閥需頻繁動作,長時間運行將造成油動機活塞與調(diào)節(jié)閥連桿的連接螺母松動,使閥芯開度與實際不符,并引起油動機活塞抖動,從而造成高壓調(diào)節(jié)閥的輸入值與反饋值偏差較大。

2.3高壓調(diào)節(jié)閥的輸入值與反饋值偏差大

根據(jù)上述分析可知,偏差大的原因主要為油動機活塞與調(diào)節(jié)閥連桿的連接螺母松動?？刂瞥绦蚴抢梦灰苽鞲衅鱈VDT1與LVDT2的平均值進行調(diào)門閥位控制,當(dāng)調(diào)整其中任意一個位移傳感器的值時,其反饋值均會受到影響,因此為了保證機組的安全正常運行,需要在停機情況下對高壓調(diào)節(jié)閥的反饋值進行修正。

3問題的處理

根據(jù)上述對油動機現(xiàn)場行程測量連桿卡澀的原因分析,從避免固定板與行程測量連桿的金屬與金屬接觸出發(fā),考慮在固定板孔與行程測量連桿之間加一個具有一定潤滑作用的石墨圓環(huán)。具體是將固定板孔擴大后,加入一個具有潤滑效果的厚度為20mm剛性石墨圓環(huán),為防止行程測量連桿上下運動時將其帶出,需要將其固定,同時為防止石墨環(huán)孔積灰后卡澀,將石墨圓環(huán)的內(nèi)徑適當(dāng)增加了0.5mm,使現(xiàn)場行程測量連桿與石墨圓環(huán)之間存在一定的空隙,防止行程測量連桿在頻繁運動及長時間積灰后卡澀。加石墨環(huán)后示意圖如圖3所示。

圖3加石墨環(huán)后示意圖

根據(jù)上述對油動機活塞抖動的原因分析,對油動機活塞與調(diào)節(jié)閥連桿的連接螺母進行了固定,以免高壓調(diào)節(jié)閥頻繁動作、長時間運行造成油動機活塞與調(diào)節(jié)閥連桿的連接螺母松動。伊皓等針對高壓調(diào)節(jié)閥閥桿的固定以及調(diào)門抖動問題的處理,決定在連接螺母與調(diào)節(jié)閥連桿中增加一個定位螺桿,起定位以及固定的作用,即對油動機活塞與調(diào)節(jié)閥連桿進行定位固定,確保油動機活塞與調(diào)節(jié)閥連桿的連接螺母不會因為頻繁動作而松動,從而避免油動機活塞抖動。

根據(jù)上述對高壓調(diào)節(jié)閥的輸入值與反饋值偏差大的原因分析,為確保在運行時能夠?qū)ξ灰苽鞲衅鬟M行修正或者更換,主要對控制程序做了些許優(yōu)化。控制程序改為優(yōu)先選擇位移傳感器LVDT1進行閥位控制,當(dāng)位移傳感器LVDT1的偏差達到3%時,位移傳感器LVDT1報故障,同時自動切換至位移傳感器LVDT2控制。這樣,在單一位移傳感器LVDT故障時,可以在線對位移傳感器LVDT進行修正或者更換,從而有效避免單一位移傳感器LVDT故障導(dǎo)致閥門抖動甚至停機處理,確保機組的發(fā)電量不受影響。

4結(jié)語

綜上,本文針對油動機現(xiàn)場行程測量連桿卡澀、油動機活塞抖動以及高壓調(diào)節(jié)閥的輸入值與反饋值偏差大等問題,介紹了原因分析過程與處理措施。

(1）為避免固定板與行程測量連桿的金屬與金屬接觸,將固定板孔擴大后,加入一個具有潤滑效果的厚度為20mm的剛性石墨圓環(huán)。

(2）在連接螺母與調(diào)節(jié)閥連桿中增加了一個定位螺桿,對油動機活塞與調(diào)節(jié)閥連桿進行定位固定,防止其因為經(jīng)常調(diào)節(jié)而松動。

(3）對控制程序做了些許優(yōu)化,改為優(yōu)先選擇位移傳感器LVDT1進行閥位控制,當(dāng)位移傳感器LVDT1的偏差達到3%時,位移傳感器LVDT1報故障,同時自動切換至位移傳感器LVDT2控制。

對上述問題進行處理后,汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥問題得到了有效解決,汽輪機負荷波動減小,保證了汽輪機的安全運行以及發(fā)電量不受影響。