某电厂中压主汽门打不开原因分析及处理

引言

某电厂共有四台上海汽轮机厂生产的型号为N300-16.7/538/538的汽轮机,每台机有高压主汽门、中压主汽门、中压调门各两个,高压调门六个。为避免汽门长期在开启状态下发生卡涩,导致事故情况下无法关闭,危及机组安全,汽轮机各汽门每月做一次全行程活动试验。该电厂汽轮机中压主汽门无法打开主要发生于#2机右侧和#3机右侧,#2机发生在阀门活动试验时,#3机发生在机组启动挂闸和阀门活动试验时。每次打不开的原因不尽相同,现就中压主汽门打不开原因进行剖析,并提出相应处理措施。

1中压主汽门结构

中压主汽门结构如图1所示。中压主汽门是翻板式汽阀,与翻板式逆止门结构相似,阀瓣是圆形翻板,由摇臂悬挂于转动的门轴上,摇臂与门轴通过一个花键相连,门轴是可移动的。门轴传动端从阀座中伸出,再用摇臂经连杆与油动机活塞杆相连。中压主汽门的油动机安装在弹簧箱上,靠油动机的推力开门,靠弹簧力和阀瓣自重关门。开门时,油动机充油,克服阻力向上移动,转动门轴,经摇臂带动阀瓣转动90°,使阀门处于全开状态,此时阀瓣与流动方向平行:反之,油动机泄油后,活塞向下移动,阀瓣转动90°,阀瓣与流动方向垂直,阀门处于全关状态。

中压主汽门非传动端门轴漏汽经蒸汽泄放阀与凝汽器相连,蒸汽泄放阀动力油与中压主汽门油动机动力油经一隔绝门相连。动力油作用下,中压主汽门开启,蒸汽泄放阀关闭,门轴非传动端漏汽在此端腔室内不断积聚,直到全压,而传动端轴处支架,在压力差作用下,门轴被推向传动端,球面密封环与轴套的轴向间隙消失,避免外漏。反之,中压主汽门关闭,蒸汽泄放阀开启,门轴非传动端腔室变成真空,而传动端端面仍为大气压力,此压差作用在轴上,将门轴向非传动端推,球面密封环与轴套的轴向间隙恢复,门轴可自由转动。

中压主汽门的底部,在阀瓣前后各开有一个平衡孔,两个平衡孔经阀体外的平衡门相连,如图2所示,开启平衡门,可以平衡由阀瓣和摇臂组成的摇板前后压差,消除前后压差产生的开门阻力。

2中压主汽门打不开的主要原因

打开门的条件:开门动力>开门阻力。

开门动力:液压油作用在油动机活塞上的推力,该推力与油动机活塞下腔室压力成正比。

开门阻力:弹簧的压力+摇板前后压差作用在阀瓣及其摇臂上的推力+中压主汽门门轴转动阻力+其他阻力。

弹簧箱内的弹簧压力是基本不变的,即使弹簧老化压力也只会变小,不会变大。摇板前后压差作用在阀瓣及其摇臂上的推力由摇板前后压差引起,与压差成正比。所以,中压主汽门打不开主要有下列原因:(1)油动机油压不足:(2)摇板前后压差大:(3)门轴密封环与轴套摩擦:(4)其他开门阻力大。

2.1油动机油压不足

油动机的推力与油压成正比,油压的高低取决于活塞下腔室供油量和出油量的平衡,供油变少或出油变多,都可能造成油压偏低,推力变小。中压主汽门动力油路如图3所示。由图3可见,可能引起油压不足的原因有:(1)进油隔绝阀未全开或进油节流孔板堵塞:(2)油动机活塞磨损漏油:(3)杯状滑阀底部有污物,造成杯状滑阀未完全关严:(4)卸载阀的针阀未全关或有漏油:(5)试验电磁阀内漏。

图3动力油示意图

2.2摇板前后压差大

中压主汽门阀瓣前是再热汽,阀瓣后蒸汽由平衡阀引自阀瓣前,压力取决于阀瓣后空间的供汽量和出汽量的平衡,供汽变少或出汽变多均可能会造成前后压差大。可能引起摇板前后压差大的原因有:(1)平衡门未开:(2)平衡门阀芯脱落:(3)平衡门开度不足:(4)中压调门处于开启状态:(5)中压调门内漏。

2.3球面密封环与轴套摩擦

中压主汽门门轴轴向摩擦力来自球面密封环与轴套之间。中压主汽门关闭后门轴向非传动端移动,密封环与轴套间隙恢复,摩擦力消除。密封环与轴套间隙恢复的动力,源自大气与凝汽器的压力差作用在门轴轴向端面上的力。密封环与轴套间隙未恢复有下列可能原因:(1)蒸汽泄放阀供油隔绝门未全开,泄油慢:(2)蒸汽泄放阀油动机卡涩或弹簧老化:(3)蒸汽泄放阀卡涩:(4)蒸汽泄放阀后管道堵塞:(5)门轴卡涩。

2.4其他原因

(1)弹簧箱变形,造成弹簧卡涩。

(2)因异物等原因连杆卡涩。

3防止打不开措施

为降低打不开频次,需规范平衡门操作。为便于中压主汽门关闭后打不开时准确分析原因,需关注蒸汽泄放阀动作情况,建好门轴伸出量台账。为缩短中压主汽门关闭后打不开的处理时间,应备好工具。

3.1规范平衡门状态

平衡门的作用是消除阀瓣前后的压力差,所以汽机挂闸前和阀门活动试验前应先将平衡门全开。做中压主汽门严密性试验前应确认平衡门关闭,试验结束,开启中压主汽门前应先开启平衡门。为避免平衡门对中压主汽门的旁路作用危及机组安全,中压主汽门开启后,应及时关闭平衡门。

3.2观察蒸汽泄放阀开关状态

蒸汽泄放阀的状态直接影响门轴能否恢复自由状

态。汽机挂闸前应确认蒸汽泄放阀状态指示处于"开"位,开中压主汽门前应先向现场人员说明观察蒸汽泄放阀状态的重要性,关闭前再提醒现场人员到达最佳观察位置,待现场人员到位后再关闭。

中压主汽门开启后,应检查确认蒸汽泄放阀关闭,以免门轴漏汽直排凝汽器,影响经济性。

3.3建好门轴伸出量台账

每个中压主汽门门轴伸出的量均有偏差,即使是同一中压主汽门,每次解体装复后也有差别。为判断中压主汽门打不开是否是因为球面密封环与轴套摩擦,需建立门轴伸出量台账,帮助中压主汽门打不开时进行分析。

3.4备好中压主汽门打不开处理工具

为了缩短中压主汽门关闭后打不开的处理时间,需备一拉马和液压千斤顶。

中压主汽门打不开时若发现门轴未恢复自由状态,可将拉马的爪脚伸入支架孔内,抓住支架内侧,丝杆则顶在门轴中心,再用扳手缓慢转动丝杆,推门轴使球面密封环与轴套的轴向间隙恢复。

中压主汽门打不开时,排除平衡门、蒸汽泄放阀、试验电磁阀、卸载阀等可能后,只得借助外力将其打开。处理时,先由热工将中压主汽门置于"关"位;然后拆除开度反馈杆,在连接杆上焊上一截强度足够的长铁棒;再将液压千斤顶置于中压主汽门弹簧箱上端和铁棒之间;DEH发出开门指令后,手摇千斤顶加压,强制开启中压主汽门。

3.5制订打不开的处理步骤

机组运行时中压主汽门打不开,可按以下步骤检查,如有异常则处理正常后再进行下一步:(1)确认本侧中压调门关闭;(2)确认平衡门已全开;(3)确认进油隔离阀已全开;(4)再次关闭未打开中压主汽门,确认蒸汽泄放阀开启;(5)关闭蒸汽泄放阀进油门;(6)测量门轴伸出量,确认门轴已恢复自由状态,否则用拉马使其恢复至自由位置,试开中压主汽门;(7)更换试验电磁阀后,试开;(8)更换卸载阀后,试开;(9)利用助推工具强制开启。

4中压主汽门打不开处理案例

4.1机组冲转挂闸时打不开

某厂4台汽轮机DEH挂闸逻辑都是挂闸后中压主汽门自动开启,随后开启中压调门。

2021年9月下旬,#3机启动,挂闸后右侧中压主汽门打不开,另一侧正常。就地检查平衡门全开,蒸汽泄放阀开关正常。热工人员告开机前试各汽门均动作正常,复查DEH逻辑亦正常。机组打闸,查右侧蒸汽泄放阀开启,关闭右侧蒸汽泄放阀进油门,重新挂闸,左侧正常,右侧仍然打不开。维持右侧蒸汽泄放阀进油门关闭,降低真空到85kPa,重新试挂闸,右侧中压主汽门还是无法打开。再次打闸,重新投入低旁约10min,退出旁路系统后,立即挂闸,右侧中压主汽门打开。

综上所述,#3机挂闸后中压主汽门打不开是阀瓣前后压差造成的。

4.2#2机右侧中压主汽门打不开

2020年7月,#2机阀门活动试验时,右侧中压主汽门打不开。试验时现场检查人员报告,右侧中压主汽门关闭时其蒸汽泄放阀未开启。蒸汽泄放阀经设备维护人员调松盘根后开启,随后右侧中压主汽门亦自行开启。

2020年8月活动试验时正常,9月、10月活动试验时,7月试验时的问题再次出现,经同样处理后打开。

2020年11月,#2机组C级检修时解体右侧蒸汽泄放阀,修后至今#2机各汽门均可正常开关。

由此可见,#2机右侧中压主汽门打不开是蒸汽泄放阀未开启,中压主汽门非传动端腔室内的蒸汽压力作用在门轴端面的轴向推力未消失,门轴未恢复到自由状态,球面密封环与轴套摩擦力大造成的。

4.3#3机中压主汽门打不开

4.3.1打不开情况

该机2021年8月阀门活动试验时,按规定先开启平衡门,右侧中压主汽门关闭时现场检查蒸汽泄放阀开启正常,发出开中压主汽门指令后,右侧打不开,同侧蒸汽泄放阀能关闭。DEH上检查中压调门关闭,现场进油隔离阀已全开。用点温枪测蒸汽泄放阀后管道壁温超过400℃,确认蒸汽泄放阀排汽正常。

现场测量门轴伸出量与试验前相同。设备维护人员利用专用拉马,将门轴向非传动端推了约0.2mm,再次试验仍未打开。蒸汽泄放阀虽已关闭,但蒸汽泄放阀关闭过程受到的阻力小,油路上无油压表检查油压,不排除油压低原因。热工先后更换了电磁阀和卸载阀后,再次试验仍未打开。最后由设备维护人员装上备用助推工具,在液压千斤顶助推下,#3机中压主汽门终于打开。

该机随后几次阀门活动试验,右侧中压主汽门也都是用液压千斤顶助推打开。汽机技术监督小组分析该机中压主汽门打不开原因为中压调门内漏。

该机组计划于2022年3月中旬进行C级检修,为了更加深入地分析中压调门是否需要解体,2022年2月中旬#3机开机时,做了调门严密性试验。试验过程中,#3机转速降到768r/min后不再下降,高于对应汽压要求值598r/min,调门严密性试验不合格,决定机组检修时解体中压调门。

4.3.2机组检修时处理情况

为解决#3中压主汽门在蒸汽泄放阀开启后门轴不能恢复自由状态和调门内漏问题,2022年3月机组C修时解体右侧中压主汽门和中压调门。

解体右侧中压主汽门,发现门轴上有明显氧化皮,测量门轴与轴套间隙最小值仅0.15mm,小于厂家标准0.28~0.35mm。分析门轴与轴套摩擦力偏大,导致运行中泄放阀开启后,门轴未能被推向非传动端。

测中压调门工作行程正常,其油动机自由行程亦正常。吊出阀芯检查发现阀座和阀芯密封面均有较多凹坑或麻点,用试红丹的办法,观察中压调门的阀座与阀芯的接触情况,发现阀线不连续,有部分断点。对阀芯、阀座进行车削和研磨处理,再用试红丹的办法,观察阀座与阀芯的接触情况,直到密封线全周完全均匀接触。复装后,按照厂家图纸要求,测量油动机的富裕行程符合要求,确保中调门阀芯能关闭到位。

4.3.3修后运行情况

#3机组修后于2022年4月下旬启动:机组挂闸后,两侧中压主汽门正常打开,调门严密性试验合格:5月做阀门活动试验时,各汽门动作正常。

结合运行及检修情况综合分析,造成#3机右侧中压主汽门打不开的主要原因有以下两点:一是中压调门内漏,经平衡门引到中压主汽门后的蒸汽量不足以平衡阀瓣前后压差:二是门轴结有氧化皮,蒸汽泄放阀开启后,门轴仍不能恢复到自由状态,球面密封环与轴套摩擦。

4结语

中压主汽门打不开的原因较多,当关闭后打不开时,应先确认平衡门已开启:再根据蒸汽泄放阀动作情况、门轴伸出量排除门轴转动摩擦力大的可能:接着通过更换试验电磁阀、卸载阀等排除油压不足的可能:至于调门内漏、门轴卡涩等因素只能暂时借助外力先强制将中压主汽门开启,待机组检修时彻底检查处理。