某電廠中壓主汽門打不開原因分析及處理

引言

某電廠共有四臺(tái)上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的型號(hào)為N300-16.7/538/538的汽輪機(jī),每臺(tái)機(jī)有高壓主汽門、中壓主汽門、中壓調(diào)門各兩個(gè),高壓調(diào)門六個(gè)。為避免汽門長期在開啟狀態(tài)下發(fā)生卡澀,導(dǎo)致事故情況下無法關(guān)閉,危及機(jī)組安全,汽輪機(jī)各汽門每月做一次全行程活動(dòng)試驗(yàn)。該電廠汽輪機(jī)中壓主汽門無法打開主要發(fā)生于#2機(jī)右側(cè)和#3機(jī)右側(cè),#2機(jī)發(fā)生在閥門活動(dòng)試驗(yàn)時(shí),#3機(jī)發(fā)生在機(jī)組啟動(dòng)掛閘和閥門活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)。每次打不開的原因不盡相同,現(xiàn)就中壓主汽門打不開原因進(jìn)行剖析,并提出相應(yīng)處理措施。

1中壓主汽門結(jié)構(gòu)

中壓主汽門結(jié)構(gòu)如圖1所示。中壓主汽門是翻板式汽閥,與翻板式逆止門結(jié)構(gòu)相似,閥瓣是圓形翻板,由搖臂懸掛于轉(zhuǎn)動(dòng)的門軸上,搖臂與門軸通過一個(gè)花鍵相連,門軸是可移動(dòng)的。門軸傳動(dòng)端從閥座中伸出,再用搖臂經(jīng)連桿與油動(dòng)機(jī)活塞桿相連。中壓主汽門的油動(dòng)機(jī)安裝在彈簧箱上,靠油動(dòng)機(jī)的推力開門,靠彈簧力和閥瓣自重關(guān)門。開門時(shí),油動(dòng)機(jī)充油,克服阻力向上移動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)門軸,經(jīng)搖臂帶動(dòng)閥瓣轉(zhuǎn)動(dòng)90°,使閥門處于全開狀態(tài),此時(shí)閥瓣與流動(dòng)方向平行:反之,油動(dòng)機(jī)泄油后,活塞向下移動(dòng),閥瓣轉(zhuǎn)動(dòng)90°,閥瓣與流動(dòng)方向垂直,閥門處于全關(guān)狀態(tài)。

中壓主汽門非傳動(dòng)端門軸漏汽經(jīng)蒸汽泄放閥與凝汽器相連,蒸汽泄放閥動(dòng)力油與中壓主汽門油動(dòng)機(jī)動(dòng)力油經(jīng)一隔絕門相連。動(dòng)力油作用下,中壓主汽門開啟,蒸汽泄放閥關(guān)閉,門軸非傳動(dòng)端漏汽在此端腔室內(nèi)不斷積聚,直到全壓,而傳動(dòng)端軸處支架,在壓力差作用下,門軸被推向傳動(dòng)端,球面密封環(huán)與軸套的軸向間隙消失,避免外漏。反之,中壓主汽門關(guān)閉,蒸汽泄放閥開啟,門軸非傳動(dòng)端腔室變成真空,而傳動(dòng)端端面仍為大氣壓力,此壓差作用在軸上,將門軸向非傳動(dòng)端推,球面密封環(huán)與軸套的軸向間隙恢復(fù),門軸可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

中壓主汽門的底部,在閥瓣前后各開有一個(gè)平衡孔,兩個(gè)平衡孔經(jīng)閥體外的平衡門相連,如圖2所示,開啟平衡門,可以平衡由閥瓣和搖臂組成的搖板前后壓差,消除前后壓差產(chǎn)生的開門阻力。

2中壓主汽門打不開的主要原因

打開門的條件:開門動(dòng)力>開門阻力。

開門動(dòng)力:液壓油作用在油動(dòng)機(jī)活塞上的推力,該推力與油動(dòng)機(jī)活塞下腔室壓力成正比。

開門阻力:彈簧的壓力+搖板前后壓差作用在閥瓣及其搖臂上的推力+中壓主汽門門軸轉(zhuǎn)動(dòng)阻力+其他阻力。

彈簧箱內(nèi)的彈簧壓力是基本不變的,即使彈簧老化壓力也只會(huì)變小,不會(huì)變大。搖板前后壓差作用在閥瓣及其搖臂上的推力由搖板前后壓差引起,與壓差成正比。所以,中壓主汽門打不開主要有下列原因:(1)油動(dòng)機(jī)油壓不足:(2)搖板前后壓差大:(3)門軸密封環(huán)與軸套摩擦:(4)其他開門阻力大。

2.1油動(dòng)機(jī)油壓不足

油動(dòng)機(jī)的推力與油壓成正比,油壓的高低取決于活塞下腔室供油量和出油量的平衡,供油變少或出油變多,都可能造成油壓偏低,推力變小。中壓主汽門動(dòng)力油路如圖3所示。由圖3可見,可能引起油壓不足的原因有:(1)進(jìn)油隔絕閥未全開或進(jìn)油節(jié)流孔板堵塞:(2)油動(dòng)機(jī)活塞磨損漏油:(3)杯狀滑閥底部有污物,造成杯狀滑閥未完全關(guān)嚴(yán):(4)卸載閥的針閥未全關(guān)或有漏油:(5)試驗(yàn)電磁閥內(nèi)漏。

圖3動(dòng)力油示意圖

2.2搖板前后壓差大

中壓主汽門閥瓣前是再熱汽,閥瓣后蒸汽由平衡閥引自閥瓣前,壓力取決于閥瓣后空間的供汽量和出汽量的平衡,供汽變少或出汽變多均可能會(huì)造成前后壓差大?？赡芤饟u板前后壓差大的原因有:(1)平衡門未開:(2)平衡門閥芯脫落:(3)平衡門開度不足:(4)中壓調(diào)門處于開啟狀態(tài):(5)中壓調(diào)門內(nèi)漏。

2.3球面密封環(huán)與軸套摩擦

中壓主汽門門軸軸向摩擦力來自球面密封環(huán)與軸套之間。中壓主汽門關(guān)閉后門軸向非傳動(dòng)端移動(dòng),密封環(huán)與軸套間隙恢復(fù),摩擦力消除。密封環(huán)與軸套間隙恢復(fù)的動(dòng)力,源自大氣與凝汽器的壓力差作用在門軸軸向端面上的力。密封環(huán)與軸套間隙未恢復(fù)有下列可能原因:(1)蒸汽泄放閥供油隔絕門未全開,泄油慢:(2)蒸汽泄放閥油動(dòng)機(jī)卡澀或彈簧老化:(3)蒸汽泄放閥卡澀:(4)蒸汽泄放閥后管道堵塞:(5)門軸卡澀。

2.4其他原因

(1)彈簧箱變形,造成彈簧卡澀。

(2)因異物等原因連桿卡澀。

3防止打不開措施

為降低打不開頻次,需規(guī)范平衡門操作。為便于中壓主汽門關(guān)閉后打不開時(shí)準(zhǔn)確分析原因,需關(guān)注蒸汽泄放閥動(dòng)作情況,建好門軸伸出量臺(tái)賬。為縮短中壓主汽門關(guān)閉后打不開的處理時(shí)間,應(yīng)備好工具。

3.1規(guī)范平衡門狀態(tài)

平衡門的作用是消除閥瓣前后的壓力差,所以汽機(jī)掛閘前和閥門活動(dòng)試驗(yàn)前應(yīng)先將平衡門全開。做中壓主汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)前應(yīng)確認(rèn)平衡門關(guān)閉,試驗(yàn)結(jié)束,開啟中壓主汽門前應(yīng)先開啟平衡門。為避免平衡門對(duì)中壓主汽門的旁路作用危及機(jī)組安全,中壓主汽門開啟后,應(yīng)及時(shí)關(guān)閉平衡門。

3.2觀察蒸汽泄放閥開關(guān)狀態(tài)

蒸汽泄放閥的狀態(tài)直接影響門軸能否恢復(fù)自由狀

態(tài)。汽機(jī)掛閘前應(yīng)確認(rèn)蒸汽泄放閥狀態(tài)指示處于"開"位,開中壓主汽門前應(yīng)先向現(xiàn)場(chǎng)人員說明觀察蒸汽泄放閥狀態(tài)的重要性,關(guān)閉前再提醒現(xiàn)場(chǎng)人員到達(dá)最佳觀察位置,待現(xiàn)場(chǎng)人員到位后再關(guān)閉。

中壓主汽門開啟后,應(yīng)檢查確認(rèn)蒸汽泄放閥關(guān)閉,以免門軸漏汽直排凝汽器,影響經(jīng)濟(jì)性。

3.3建好門軸伸出量臺(tái)賬

每個(gè)中壓主汽門門軸伸出的量均有偏差,即使是同一中壓主汽門,每次解體裝復(fù)后也有差別。為判斷中壓主汽門打不開是否是因?yàn)榍蛎婷芊猸h(huán)與軸套摩擦,需建立門軸伸出量臺(tái)賬,幫助中壓主汽門打不開時(shí)進(jìn)行分析。

3.4備好中壓主汽門打不開處理工具

為了縮短中壓主汽門關(guān)閉后打不開的處理時(shí)間,需備一拉馬和液壓千斤頂。

中壓主汽門打不開時(shí)若發(fā)現(xiàn)門軸未恢復(fù)自由狀態(tài),可將拉馬的爪腳伸入支架孔內(nèi),抓住支架內(nèi)側(cè),絲桿則頂在門軸中心,再用扳手緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿,推門軸使球面密封環(huán)與軸套的軸向間隙恢復(fù)。

中壓主汽門打不開時(shí),排除平衡門、蒸汽泄放閥、試驗(yàn)電磁閥、卸載閥等可能后,只得借助外力將其打開。處理時(shí),先由熱工將中壓主汽門置于"關(guān)"位;然后拆除開度反饋桿,在連接桿上焊上一截強(qiáng)度足夠的長鐵棒;再將液壓千斤頂置于中壓主汽門彈簧箱上端和鐵棒之間;DEH發(fā)出開門指令后,手搖千斤頂加壓,強(qiáng)制開啟中壓主汽門。

3.5制訂打不開的處理步驟

機(jī)組運(yùn)行時(shí)中壓主汽門打不開,可按以下步驟檢查,如有異常則處理正常后再進(jìn)行下一步:(1)確認(rèn)本側(cè)中壓調(diào)門關(guān)閉;(2)確認(rèn)平衡門已全開;(3)確認(rèn)進(jìn)油隔離閥已全開;(4)再次關(guān)閉未打開中壓主汽門,確認(rèn)蒸汽泄放閥開啟;(5)關(guān)閉蒸汽泄放閥進(jìn)油門;(6)測(cè)量門軸伸出量,確認(rèn)門軸已恢復(fù)自由狀態(tài),否則用拉馬使其恢復(fù)至自由位置,試開中壓主汽門;(7)更換試驗(yàn)電磁閥后,試開;(8)更換卸載閥后,試開;(9)利用助推工具強(qiáng)制開啟。

4中壓主汽門打不開處理案例

4.1機(jī)組沖轉(zhuǎn)掛閘時(shí)打不開

某廠4臺(tái)汽輪機(jī)DEH掛閘邏輯都是掛閘后中壓主汽門自動(dòng)開啟,隨后開啟中壓調(diào)門。

2021年9月下旬,#3機(jī)啟動(dòng),掛閘后右側(cè)中壓主汽門打不開,另一側(cè)正常。就地檢查平衡門全開,蒸汽泄放閥開關(guān)正常。熱工人員告開機(jī)前試各汽門均動(dòng)作正常,復(fù)查DEH邏輯亦正常。機(jī)組打閘,查右側(cè)蒸汽泄放閥開啟,關(guān)閉右側(cè)蒸汽泄放閥進(jìn)油門,重新掛閘,左側(cè)正常,右側(cè)仍然打不開。維持右側(cè)蒸汽泄放閥進(jìn)油門關(guān)閉,降低真空到85kPa,重新試掛閘,右側(cè)中壓主汽門還是無法打開。再次打閘,重新投入低旁約10min,退出旁路系統(tǒng)后,立即掛閘,右側(cè)中壓主汽門打開。

綜上所述,#3機(jī)掛閘后中壓主汽門打不開是閥瓣前后壓差造成的。

4.2#2機(jī)右側(cè)中壓主汽門打不開

2020年7月,#2機(jī)閥門活動(dòng)試驗(yàn)時(shí),右側(cè)中壓主汽門打不開。試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢查人員報(bào)告,右側(cè)中壓主汽門關(guān)閉時(shí)其蒸汽泄放閥未開啟。蒸汽泄放閥經(jīng)設(shè)備維護(hù)人員調(diào)松盤根后開啟,隨后右側(cè)中壓主汽門亦自行開啟。

2020年8月活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)正常,9月、10月活動(dòng)試驗(yàn)時(shí),7月試驗(yàn)時(shí)的問題再次出現(xiàn),經(jīng)同樣處理后打開。

2020年11月,#2機(jī)組C級(jí)檢修時(shí)解體右側(cè)蒸汽泄放閥,修后至今#2機(jī)各汽門均可正常開關(guān)。

由此可見,#2機(jī)右側(cè)中壓主汽門打不開是蒸汽泄放閥未開啟,中壓主汽門非傳動(dòng)端腔室內(nèi)的蒸汽壓力作用在門軸端面的軸向推力未消失,門軸未恢復(fù)到自由狀態(tài),球面密封環(huán)與軸套摩擦力大造成的。

4.3#3機(jī)中壓主汽門打不開

4.3.1打不開情況

該機(jī)2021年8月閥門活動(dòng)試驗(yàn)時(shí),按規(guī)定先開啟平衡門,右側(cè)中壓主汽門關(guān)閉時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢查蒸汽泄放閥開啟正常,發(fā)出開中壓主汽門指令后,右側(cè)打不開,同側(cè)蒸汽泄放閥能關(guān)閉。DEH上檢查中壓調(diào)門關(guān)閉,現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)油隔離閥已全開。用點(diǎn)溫槍測(cè)蒸汽泄放閥后管道壁溫超過400℃,確認(rèn)蒸汽泄放閥排汽正常。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量門軸伸出量與試驗(yàn)前相同。設(shè)備維護(hù)人員利用專用拉馬,將門軸向非傳動(dòng)端推了約0.2mm,再次試驗(yàn)仍未打開。蒸汽泄放閥雖已關(guān)閉,但蒸汽泄放閥關(guān)閉過程受到的阻力小,油路上無油壓表檢查油壓,不排除油壓低原因。熱工先后更換了電磁閥和卸載閥后,再次試驗(yàn)仍未打開。最后由設(shè)備維護(hù)人員裝上備用助推工具,在液壓千斤頂助推下,#3機(jī)中壓主汽門終于打開。

該機(jī)隨后幾次閥門活動(dòng)試驗(yàn),右側(cè)中壓主汽門也都是用液壓千斤頂助推打開。汽機(jī)技術(shù)監(jiān)督小組分析該機(jī)中壓主汽門打不開原因?yàn)橹袎赫{(diào)門內(nèi)漏。

該機(jī)組計(jì)劃于2022年3月中旬進(jìn)行C級(jí)檢修,為了更加深入地分析中壓調(diào)門是否需要解體,2022年2月中旬#3機(jī)開機(jī)時(shí),做了調(diào)門嚴(yán)密性試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中,#3機(jī)轉(zhuǎn)速降到768r/min后不再下降,高于對(duì)應(yīng)汽壓要求值598r/min,調(diào)門嚴(yán)密性試驗(yàn)不合格,決定機(jī)組檢修時(shí)解體中壓調(diào)門。

4.3.2機(jī)組檢修時(shí)處理情況

為解決#3中壓主汽門在蒸汽泄放閥開啟后門軸不能恢復(fù)自由狀態(tài)和調(diào)門內(nèi)漏問題,2022年3月機(jī)組C修時(shí)解體右側(cè)中壓主汽門和中壓調(diào)門。

解體右側(cè)中壓主汽門,發(fā)現(xiàn)門軸上有明顯氧化皮,測(cè)量門軸與軸套間隙最小值僅0.15mm,小于廠家標(biāo)準(zhǔn)0.28~0.35mm。分析門軸與軸套摩擦力偏大,導(dǎo)致運(yùn)行中泄放閥開啟后,門軸未能被推向非傳動(dòng)端。

測(cè)中壓調(diào)門工作行程正常,其油動(dòng)機(jī)自由行程亦正常。吊出閥芯檢查發(fā)現(xiàn)閥座和閥芯密封面均有較多凹坑或麻點(diǎn),用試紅丹的辦法,觀察中壓調(diào)門的閥座與閥芯的接觸情況,發(fā)現(xiàn)閥線不連續(xù),有部分?jǐn)帱c(diǎn)。對(duì)閥芯、閥座進(jìn)行車削和研磨處理,再用試紅丹的辦法,觀察閥座與閥芯的接觸情況,直到密封線全周完全均勻接觸。復(fù)裝后,按照廠家圖紙要求,測(cè)量油動(dòng)機(jī)的富裕行程符合要求,確保中調(diào)門閥芯能關(guān)閉到位。

4.3.3修后運(yùn)行情況

#3機(jī)組修后于2022年4月下旬啟動(dòng):機(jī)組掛閘后,兩側(cè)中壓主汽門正常打開,調(diào)門嚴(yán)密性試驗(yàn)合格:5月做閥門活動(dòng)試驗(yàn)時(shí),各汽門動(dòng)作正常。

結(jié)合運(yùn)行及檢修情況綜合分析,造成#3機(jī)右側(cè)中壓主汽門打不開的主要原因有以下兩點(diǎn):一是中壓調(diào)門內(nèi)漏,經(jīng)平衡門引到中壓主汽門后的蒸汽量不足以平衡閥瓣前后壓差:二是門軸結(jié)有氧化皮,蒸汽泄放閥開啟后,門軸仍不能恢復(fù)到自由狀態(tài),球面密封環(huán)與軸套摩擦。

4結(jié)語

中壓主汽門打不開的原因較多,當(dāng)關(guān)閉后打不開時(shí),應(yīng)先確認(rèn)平衡門已開啟:再根據(jù)蒸汽泄放閥動(dòng)作情況、門軸伸出量排除門軸轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力大的可能:接著通過更換試驗(yàn)電磁閥、卸載閥等排除油壓不足的可能:至于調(diào)門內(nèi)漏、門軸卡澀等因素只能暫時(shí)借助外力先強(qiáng)制將中壓主汽門開啟,待機(jī)組檢修時(shí)徹底檢查處理。