300 MW机组高压调节汽阀阀杆脱落的故障分析与处理

300 MW机组高压调节汽阀阀杆脱落的故障分析与处理

摘 要：高压调节阀是汽轮机调速系统执行机构的主要设备元件，调节阀工作正常与否直接影响机组的安全稳定运行[1]。文章针对某电厂出现的高压调节汽阀阀杆脱落的故障事件进行了原因分析，最终通过对高压调节汽阀的改造，彻底解决了故障问题。

关键词：高压调节汽阀；脱落；改造

中图分类号：TM621.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0093-02 1 设备概况

某330 MW级热电联产电厂#1、2号汽轮机为东方汽轮机厂CC330-16.67/3.5/1.0/538/538型亚临界、中间再热、单轴、两缸两排汽、双抽汽凝汽式供热汽轮机，高、中压合缸，通流部分反向布置，高压缸为双层缸结构，中压部分为隔板套结构，低压缸为双缸双排汽对称分流，低压缸采用焊接双层缸结构，分别于2012年8月和10月投产运行。本汽轮机配汽方式为设两个高压主汽门、四个高压调门和两个中压联合汽门，具备阀门管理功能，能实现喷嘴调节和节流调节。汽轮机左右各两个高压调节汽阀，布置在汽机前方运行层下面，每个高压主汽调节阀由公共一个壳体的1个自动主汽阀

和2个高压调节阀组成，高压调节阀和自动主汽阀在公共阀壳内呈三角形排置，结构简单，布置紧凑。

高压部分共有四个调门对应于四组喷嘴，喷嘴组与调门的序号相对应，喷嘴调节方式是Ⅰ、Ⅱ调门同时开启，其阀杆行程达39.2 mm时，Ⅲ调门开启，当Ⅲ调门阀杆行程达39.2 mm时， IV调门开始开启。节流调节方式是高压调门同时开启且开度相同。中压部分为全周进汽，负荷在30%以下，中压调门起调节作用，负荷大于30%时，中压调门保持全开，此时由高压调门调节负荷[2]。本机组具备单阀/顺序阀选择功能，运行人员能够对汽轮机的阀门配汽方式进行选择，也可根据负荷对运行方式进行选择。调峰运行中可采用定―滑―定方式，机组带90%以上负荷时，采用定压运行；机组带90%～30%负荷时，采用滑压运行；机组带30%以下负荷时，采用定压运行。 2 设备异常情况

#1机组投产近6个月时，机组处于单阀控制状态，某一天负荷突然从220 MW降至175.8 MW，后又回升至220 MW，高压调节汽阀GV1/GV2/ GV3/GV4均由40%突开至62.9%，负荷功率反馈由93.6%开至98.3%，期间负荷波动较大，范围在10 MW左右，其余参数变化不明显。热控技术人员检查相关逻辑、及就地有关表计均正常，未发现异常，初步怀疑3号高调阀设备异常。

3 故障原因分析

为进一步确认异常情况的原因，电厂技术人员进行了分析和相关实验，逐渐逐一关闭1号高压调节汽阀GV1、2号高压调节汽阀GV2、4号高压调节汽阀GV4高压调节汽阀，关闭高压调节汽阀时机组负荷明显减低、减少，自动主汽阀前主蒸汽压力明显升高；逐渐关闭3号高压调节汽阀GV3时，汽阀开度由57.3%关小至10%期间，机组负荷及自动主汽阀前主蒸汽前压力无明显变化，发现关闭3号高压调节阀对机组负荷没有任何影响，不参与负荷调整，最终确认3号高压调节汽阀阀芯脱落。

东汽300 MW级以上的大容量机组，其高压主汽调节阀中的高压调节阀的阀杆与十字头均使用螺纹直接连接，高压调节阀的阀杆提升机构采用的是“日立”调节阀结构，电厂高压调节汽阀也采用此结构，如图1所示。

随着国家煤电机组单台装机容量的加大和装机数量的增加，尤其南方地区已出现电量供大于求的现象，300 MW煤电机组已经成为调峰主力机组，明显出现机组调峰时间增多，启停次数增加，机组打闸次数增加；并且随着供热机组技术水平的不断提高，300 MW供热机组已成为供热机组的主流机型，由于外部环境的影响，机组负荷、对外供汽量调整非常多，机组高压调节汽阀动作频繁。机组打闸时，AST电磁阀动作，高压调节汽阀下安全油压泄走，在弹簧力的作

用下，汽门迅速关闭，阀蝶迅速到底，与阀座产生很大的碰撞和冲击，并且由于安装原因，阀杆顶部与十字套之间存在较大间隙，碰撞冲击力全部集中在十字套顶部的螺扣上，打闸次数的增多，螺纹会逐渐发生变形，进而阀杆与十字套连接部位发生位移，最终导致十字套内的止转销部件因承受较大剪切应力被切断。

该型机组高压调节汽阀的主阀碟与主阀杆连为一体，固定在主阀杆上，主阀碟不能旋转。在设计上，其主要结构为高压主汽阀和高压调节汽阀的阀体相连，由2个主汽阀和4个调节汽阀组成，4个调节阀共用一个阀壳，两个主汽阀出口与调节阀壳相连，这样在高压调节汽阀内易产生漩涡汽流从而对主阀芯产生旋转力矩，阀芯带动门杆旋转，进一步将止转销损坏，进而出现高压调节汽阀阀芯脱落。后咨询汽轮机厂家和相关电厂了解，该型机组的高压调节汽阀多次出现阀芯脱落的故障。并且这种结构的阀门可以看出，阀门关闭时，阀碟与阀座碰撞和冲击产生强大的作用力，由于反作用力导致螺纹结合面发生严重变形，造成大修时高压调节阀无法解体的问题。 4 故障解决措施 4.1 故障解决的临时措施

目前，由于电网供大于求的大环境下，机组负荷偏低，机组调峰较多，#3高压调节汽门经常处于开关调整状态，#3

高压调节汽阀频繁动作，导致#3高压调节汽阀阀杆最先断裂、脱落。机组减负荷运行，机组单阀控制状态转换为顺序阀控制转态，暂时采用临时处理措施将3号高压调节汽阀与4号高压调节汽阀进行逻辑对调，强制3号高压调节汽阀，此门一直处于全关位置，不参与负荷调整，利用4号高压调节汽阀来负荷调节；全厂调峰主要依靠另一台机组，此台机组尽快保证负荷稳定，#4号高压调节汽阀全开位置，较少高压调节汽阀频繁动作，并且制定了#1机组#3高调阀杆脱落有关运行规定和注意事项。

机组为供热机组，对外供汽量较多，为尽量减少对热用户的影响，在最短时间内处理缺陷，利用节假日调峰停机机会对此缺陷进行临时处理。将原十字头的螺纹部位补充加工扩大成一圆柱孔，增加一提升螺母作为阀杆与十字头的联接用，提升螺母外圆与十字头上的孔采用间隙配合，在提升螺母外圆上开一导向槽，在十字头上装一导向销以防止提升螺母转动，并保证提升螺母可以上下移动；提升螺母的定位由一螺塞完成；先旋转螺塞，然后测量出提升螺母与十字头之间的顶部间隙，保证该间隙值为3 mm后，再装入止退螺钉，以防止螺塞退出。 4.2 故障解决措施

针对此问题，与东方汽轮机厂联系，对高压调节汽阀阀杆提升装置结构进行改进设计，就完全可以杜绝此类故障的

发生，其改进设计结构，如图2所示。

改造后的高压调节汽阀阀杆上端设计成一定角度的锥体，与锥形衬套配合为一体，用螺母牢固锁紧后再加装一带槽锁紧螺母将螺母锁死，防止螺母可能发生的松脱。改造后的结构与原结构比较，高压调节汽阀的阀杆与十字头没有直接进行连接，改造后高压调节汽阀拆卸和维修比原结构阀门方便，只需拆除螺钉，便可以完成分解十字头与阀杆的工作。高压调节汽阀的阀杆与衬套的拆卸，只需要卸了螺母后，就可以取出衬套。并且改造后的高压调节汽阀结构巧妙利用内外锥面紧密配合的自锁原理，能有效地解决了主蒸汽汽流扰动所产生的阀杆不规则振动，加强了高压调节汽阀工作的稳定性[3]。

电厂利用机组调峰停机机会，对3号高压调节汽阀进行了解体，检查发现3号高压调节汽阀止转销断成三段、阀杆螺纹牙全部损坏，螺牙基本没有，阀杆装配后距离十字套顶部间隙较大，远远超过图纸要求，与之前分析的原因基本吻合。后对其余高压调节汽阀也进行解体检查，发现止转销均有不同程度的损坏，螺纹结合面发生严重变形，高压调节阀无法解体。1号机组高压调节汽阀按新的改进结构进行了改造，机组经过四年来的运行考验，均未再发生调节气阀阀芯脱落的缺陷，其中还进行了一次机组大修时检查未发现以前存在的问题，阀门设备运行正常。

5 结 语

本文针对某厂东方汽轮机厂

CC330-16.67/3.5/1.0/538/538型机组的主机高压调节汽阀阀杆脱落问题进行了分析，并制定了解决措施，通过实践，取得较好效果。高压调节汽阀的阀杆提升机构采用“日立”调节阀结构的机组要高度重视，避免类似故障的发生。 参考文献：

[1] 曹祖庆，江宁、陈行庚.大型汽轮机组典型事故及预防[M].北京：中国电 力出版社，1999.

[2] 文贤馗.火电厂汽轮机控制系统改造[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3] 张林茂，陈峰，刘子夫，等.300 MW机组高压调节汽阀阀杆脱落或断裂 的故障分析与处理[J].电力技术，2009，（6）.

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