張文強(qiáng)，張耀宇

(遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司，遼寧 鐵嶺 112000)

0 引言

遼寧華電鐵嶺發(fā)電限公司(以下簡稱鐵嶺發(fā)電公司)#1～#4汽輪機(jī)均是哈爾濱汽輪機(jī)廠引進(jìn)美國西屋公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的反動(dòng)式、單軸、雙缸雙排汽，高/中壓合缸、低壓缸分流、亞臨界一次中間再熱凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N300-16.7/537/537。每臺(tái)機(jī)組有2臺(tái)高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥，呈臥式布置。高壓主汽門是汽輪機(jī)用于快速切斷進(jìn)汽，實(shí)現(xiàn)停機(jī)的保護(hù)裝置，高壓主汽門是防止汽輪機(jī)超速最關(guān)鍵的保護(hù)裝置。汽輪機(jī)一旦超速，容易造成汽輪機(jī)飛車、軸系斷裂和汽輪機(jī)報(bào)廢等嚴(yán)重事故，尤其對(duì)大型機(jī)組來說，其經(jīng)濟(jì)損失將會(huì)達(dá)到幾千萬甚至上億元;如果現(xiàn)場(chǎng)有人員，還會(huì)造成人身傷亡等惡性事故。在定期做機(jī)組主汽門活動(dòng)試驗(yàn)及停機(jī)過程中，4臺(tái)機(jī)組的高壓主汽門均出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，從而給機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來了重大隱患。從歷次造成高壓主汽門卡澀的原因來看，主要是熱工電信號(hào)或伺服閥故障及門桿的機(jī)械卡澀，以下就這2方面的問題加以分析。

1 熱工電信號(hào)或伺服閥故障

高壓主汽門的開啟采用高壓抗燃油提供動(dòng)力，關(guān)閉閥門則由彈簧力來完成。高壓主汽門油動(dòng)機(jī)的原理圖如圖1所示，從圖1中可以看出，通過截止閥及10 μm金屬網(wǎng)過濾器到油動(dòng)機(jī)去的高壓油流至電-液轉(zhuǎn)換器控制，DEH閥位指令信號(hào)及LVDT位置反饋信號(hào)在伺服閥放大器上相加，得出一個(gè)位置信號(hào)誤差，伺服閥放大器控制電-液轉(zhuǎn)換器到相應(yīng)于此信號(hào)的位置上，以精確控制油動(dòng)機(jī)及主汽閥的位置。電-液轉(zhuǎn)換器是一個(gè)由液壓控制的中心封閉的四通滑閥，其腔室內(nèi)部還設(shè)置有一組精密過濾器，電-液轉(zhuǎn)換器或是使高壓油進(jìn)入油缸以打開主汽閥，或是從油缸中排出工作油使主汽門關(guān)閉。快速卸荷閥是由危急遮斷總管油壓控制的，起快速關(guān)閉主汽門的作用，此動(dòng)作過程與電信號(hào)系統(tǒng)無關(guān)，快速卸荷閥還可以用作主汽門的手動(dòng)關(guān)閉。

圖1 高壓主汽門油動(dòng)機(jī)原理圖

從其工作原理的分析可知，熱工電信號(hào)或電-液轉(zhuǎn)換器故障是造成主汽門卡澀的主要原因。電-液轉(zhuǎn)換器對(duì)油質(zhì)的要求特別高，雙噴嘴擋板式電-液轉(zhuǎn)換器最小通流線性尺寸為0.025～0.050 mm，一般節(jié)流孔徑為0.46～0.80 mm。根據(jù)以上分析，合格的油質(zhì)可以避免電-液轉(zhuǎn)換器故障。因此，在抗燃油作業(yè)時(shí)，要保持環(huán)境清潔，密封件要定期更換避免老化;避免EH油局部過熱發(fā)生氧化或熱裂解而導(dǎo)致酸值增加或產(chǎn)生沉淀，增加顆粒污染;避免因溫度過高而使油的電阻率降低，以防電-液轉(zhuǎn)換器閥口的電化學(xué)腐蝕加劇。

2 門桿的機(jī)械卡澀

鐵嶺發(fā)電公司4臺(tái)300 MW汽輪機(jī)高壓主汽門卡澀，從原因上看，絕大部分都是由門桿的機(jī)械卡澀造成的;從時(shí)間上看，基本都在機(jī)組大修2年以后;從主汽門解體的情況來看(圖2為主汽門內(nèi)部示意圖，a處間隙要求為0.35～0.48 mm，b處間隙要求為0.25～0.33 mm)，門桿及門桿套、閥蝶及其外套(a處間隙)表面出現(xiàn)灰黑色(或灰白色)氧化皮，門桿及門桿套處氧化皮厚度約為0.13 mm，閥蝶及其外套(a處間隙)處氧化皮厚度約為0.24 mm，閥蝶處表面最為嚴(yán)重，最厚可達(dá)1mm，形如魚鱗狀，局部有鼓泡和脫落現(xiàn)象，沿整個(gè)圓柱面不均勻分布，閥蝶及其外套(a處間隙)由正常的0.35～0.48 mm變?yōu)?，從而導(dǎo)致主汽門卡澀。

圖2 主汽門內(nèi)部示意圖

氧化皮的產(chǎn)生主要與材質(zhì)高溫抗氧化性能及化學(xué)蒸汽品質(zhì)有關(guān)。氧化皮的生成是金屬在高溫水汽中發(fā)生氧化的結(jié)果，氧化所消耗的氧主要來源于水汽本身的結(jié)合氧，在金屬表面生成氧化皮。其化學(xué)方程式為

由此可見，提高材質(zhì)高溫抗氧化性能及化學(xué)蒸汽品質(zhì)可降低金屬氧化。鐵嶺發(fā)電公司主汽門桿的材料為2Cr12NiMoWV，表面滲氮處理，與之相配合的閥套材料為38CrMoAlA，表面滲氮處理，閥蝶材料為2Cr12NiMoWV。采用38CrMoAlA材質(zhì)的高溫抗氧化性能比2Cr12NiMoWV材質(zhì)性能差很多，故采用38CrMoAlA材質(zhì)部件氧化皮往往也是最厚的。為了提高其表面強(qiáng)度，主汽門上的幾種關(guān)鍵部件在制造時(shí)均做了氮化處理，金屬材料學(xué)的研究結(jié)果表明，高溫服役的金屬中C與N元素的含量與該金屬的抗高溫氧化性能成反比，在一定程度上降低了其抗高溫氧化的性能。

金屬的高溫氧化是較普遍的，比較均勻的氧化皮相當(dāng)于鈍化層，可以提高金屬的抗氧化能力。在機(jī)組停機(jī)、啟動(dòng)及負(fù)荷、溫度和壓力變化較大時(shí)，表面氧化皮(鈍化層)與原金屬的熱膨脹系數(shù)存在差異，在金屬發(fā)生較大的溫度變化時(shí)，金屬表面的氧化皮將會(huì)發(fā)生破裂，使氧化皮附著力下降，形成脫落，加速金屬的氧化。另外，多次脫落的氧化皮在門桿和門桿套間隙內(nèi)沉積一定程度后也能造成主汽門的卡澀。

3 解決辦法及預(yù)防措施

根據(jù)以上分析，若要防止主汽門卡澀事故的發(fā)生，需采取以下措施:

(1)抗燃油濾油機(jī)24 h運(yùn)行，定期檢查抗燃油油質(zhì)，可以降低伺服閥的故障率。

(2)縮短高壓主汽門的檢修周期。在氧化皮的厚度還不足以造成主汽門卡澀時(shí)，抓住停機(jī)檢修的機(jī)會(huì)，徹底清除主汽門相關(guān)部件上的氧化皮，確保主汽門不卡澀及機(jī)組安全運(yùn)行。

(3)高壓主汽門的門桿及閥蝶各間隙(即a，b值)盡量做到上限。

(4)建議將高壓主汽門抗高溫氧化能力較差的部件更換為具有更強(qiáng)抗高溫氧化能力材質(zhì)的部件。

(5)定期做主汽門的全行程活動(dòng)試驗(yàn)，以利于及早發(fā)現(xiàn)主汽門是否已卡澀。

(6)保證機(jī)組運(yùn)行不超溫，盡量減緩機(jī)組溫度變化的速率。

(7)提高化學(xué)蒸汽品質(zhì)，盡量減少高壓加熱器、低壓加熱器及除氧器等設(shè)備的停運(yùn)腐蝕。

4 結(jié)束語

高壓主汽門是防止汽輪機(jī)超速的最關(guān)鍵的保護(hù)裝置，它能夠在汽輪機(jī)組跳機(jī)或打閘停機(jī)時(shí)，迅速切斷進(jìn)汽，防止飛車。而高壓主汽門卡澀是發(fā)電廠比較常見的問題，給機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來了重大隱患。通過分析300 MW汽輪機(jī)高壓主汽門卡澀的原因，找出有效解決辦法和預(yù)防措施，實(shí)施效果良好。

［1］吳季蘭.汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)［M］.北京:中國電力出版社，1998.

［2］肖增弘，徐豐.汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)［M］.北京:中國電力出版社，2003.