国华北京热电厂高压进汽调节门卡涩事故分析及改造措施

发布时间:2011-01-05  点击数:3030
    国华北京热电分公司1、2号机组同为ABBDKEH21ND31型凝汽抽汽式机组,额定功率为199750kW。主截止阀进口汽压为88.3bar、汽温为535℃、冷却水进口温度为20℃。汽轮机由双缸组成,双排汽口末级叶片长789mm,排汽直接排入表面式凝汽器。
    1号机组1999年12月投产,小修周期为一年,自投产至2004年10月共实施小修5次。2004年7月21日,机组在升负荷过程中,DCS自动下达开大高调门的指令,信号反馈为3号高调门没有动作,系统启动自保护命令跳机。解体发现3号高调门卡涩,更换新的门芯和活塞环,闭锁件及扩散器未更换。
一、高压进汽调节门介绍
    高压进汽调节门(下称高调门)位于主汽门和高压缸之间,用来控制进入高压缸的蒸汽流量,从而满足在不同的负荷下的额定转速。高调门的执行机构根据控制信号,改变高调门的活塞阀芯的位置,从而达到控制转子转速的目的。在紧急情况下,高调门同主汽截止门一起动作,关闭主汽进入汽缸的通道。
    单台机组共装有4个高压进汽调节门。在机组正常运行状态下,1号高调门为常闭状态,2号高调门为全开状态,3、4号高调门处于动作状态。即正常负荷下,由3、4号高调门控制进汽量,从而控制机组转子的转速,而1、2号门则只在特殊负荷下动作。
    调门主要部件为:闭锁件(阀室)、阀芯、扩散器(阀座)、密封装置、滤网等。阀芯改变其位置,从而改变阀芯与扩散器之间的蒸汽通流面积,控制进汽的流量。活塞阀芯上有两道沟槽,用来放置弹性的活塞密封环。这两个弹性活塞环用来密封阀芯和闭锁件内壁之间的微量间隙。
二、ALSTOM(ABB)对高调门的修正设计
    事故发生后,ALSTOM设计人员重新进行了设计,取消了两个活塞环,并做了一些新的修改以保证取消活塞环后的严密性。新设计在活塞阀芯的外壁上增加了6道沟槽,与原来的两道活塞环槽共同充当减压槽。同时,活塞阀芯的外径适当增大,闭锁件内壁和阀芯之间的间隙缩小。阀芯头部的尺寸也加长了。根据ALSTOM设计人员的计算和试验,缩小了的间隙以及7道减压槽共同作用可以保证高调门的严密性,能达到对漏汽量的要求。由于保留了原来的活塞环槽,活塞环仍可以安装。变长的阀芯头部使阀芯的导向部分变长,增加了阀芯在开关动作时的稳定性。新旧设计的具体对比如图2。

    从图1可以看出新门芯比旧门芯多出了6道沟槽。新门芯头部长度比旧门芯长度有所增加,新门芯的外径比旧门芯外径有增加。具体数值见表1。
三、事故原因分析
    1、情况说明
    小修时发现的情况见表2。




    2、关于D值
    C值为阀杆/油动机顶杆连接套中压缩弹簧的预紧量。D值是从C值换算出的油动机顶杆伸出结合面的长度。见图3。

    则4个门理论D值分别为:
    1号门:D=A-B+C=15mm
    2号门:D=A-B+C=15mm
    3号门:D=A-B+C=15mm
    4号门:D=A-B+C=15mm
    实际测的D值,以及相应的弹簧压缩量C值分别为:
    1号门:D=8。2mmC=D-B+A=3。2mm
    2号门:D=10。5mmC=D-B+A=5。5mm
    3号门:D=9。3mmC=D-B+A=4。3mm
    4号门:D=10。5mmC=D-B+A=5。5mm
    4个门的弹簧预压缩量C值分别比规定值少调整了6.8mm、4.5mm、5.7mm、4.5mm。
    3、原因分析
    机组停机原因为3号高调门卡涩。高调门之所以卡涩是因为闭锁件内壁磨出了沟槽。活塞环为弹性钢环,如果闭锁件内壁磨出了沟槽,当活塞环移动到内壁沟槽中时,活塞环便会涨开。这样,当阀芯继续动作时,便可能造成活塞环卡涩。
    正常情况下,闭锁件内壁不会磨出沟槽。我们发现,发生卡涩、闭锁件磨出沟槽的门为1、3号门。而门芯有旋转的门,也是1、3号门。可初步得出结论:由于门芯的旋转,带动活塞环旋转,从而在闭锁件内壁磨出沟槽,以致发生阀芯的卡涩情况。非停事故后,由于时间原因只更换了阀芯,未更换闭锁件,闭缩件内壁上的沟槽依然存在。这样阀芯犯卡的问题还会出现。
    另外,所有4个门油动机与阀杆的连接装置的压紧弹簧的预压缩量C值均比规定值少4.5mm到6.8mm。而出现问题的两个门的C值又比其他两个门的C值分别少2.3mm和1.2mm。分析认为:由于弹簧的预压紧量的不足,即由于油动机顶杆对阀杆的预压紧量远少于规定值,当蒸汽作用在阀芯各个方向上的压力不均匀时,产生一定的扭矩,这个扭矩使阀杆、阀芯产生旋转,从而在闭锁件内壁磨出沟槽,产生卡涩。而2、4号门由于预压紧量比其它两个门稍大,侥幸没有磨出沟槽,避免了卡涩情况的出现。
    4、回装方案
    首先,将所有4个门的D值调整到规定的15mm,以保证压紧弹簧的预压紧量C值为10mm。
    所有4个门均更换为设计的门。其中1、3号门取消活塞环,2、4号门仍保留活塞环。采取此方案主要出于以下考虑:
    (1)如全部取消活塞环,担心不能保证门的严密性。虽然新设计考虑了取消活塞环后的替代的密封措施,但还没有实际机组的应用经验。另外考虑的活塞环卡涩的主要原因为压紧弹簧预压紧量C值、D值的调整问题,现已纠正,没有必要全部取消活塞环。
    (2)如果全部加装活塞环,将失去对新设计进行验证的机会。所以在2、4号门上仍装上活塞环,而对于出现活塞环卡涩的1、3号门,则取消活塞环。这样一方面可以避免在出现卡涩几率大的1、3号门上再出现卡涩问题,又可以验证新设计在没有活塞环的情况下,在此机组上的严密性。如果实验证实严密性满足要求,将来可以全部取消活塞环,以彻底排除活塞环卡涩的可能。
四、结论
    由于油动机顶杆与阀杆连接装置中的压缩弹簧预压缩量C值远小于规定的值,从而造成顶杆对阀杆的预紧力不够,以致阀杆阀芯产生旋转,在闭锁件内壁磨出沟槽,最终造成了活塞环的卡涩。重新调整了C值、D值,保证对阀杆的预压紧力,防止其旋转。同时取消部分其中两个高调门的活塞环,以检验新设计的严密性,为将来完全取消活塞环,采用新设计打好基础。

    参考资料
     赵常兴。汽轮机组技术手册。北京:中国电力出版社,2007。
     郭延秋。大型火电机组检修实用技术丛书(汽轮机分册)。北京:中国电力出版社,2003。