小汽轮机速关阀异常关闭原因分析

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这种串汽使 2 台小汽轮机运行的蒸汽都通 过 11 号小汽轮机的速关阀,导致速关阀蒸汽滤 网过负荷,强度进一步下降。
3 速关阀蒸汽滤网破碎对小汽轮机运行 安全性的影响
速关阀是小汽轮机与蒸汽管路之间的主要
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图 3 蒸汽流动方向
图 2 2 台小汽轮机的部分参数趋势
度大于 35% 后,11 号小汽轮机的进汽温度从 350 ℃ 开始下降,冷再汽源开始排挤四段抽汽; 当 11 号小汽轮机的高调门开度大于 50% 以后,12 号小 汽轮机的进汽温度开始下降。当 11 号小汽轮机 的高调门开度在 70% 以上时,2 台小汽轮机的进 汽温度都在 280 ℃ 左右,压力 1. 117 MPa。而此 时,12 号小汽轮机的高调门开度在 3% 左右。
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小汽轮机速关阀异常关闭原因分析
刘 君,罗 云,李彦军,安健雄
( 京能宁东发电有限责任公司,宁夏银川 750001)
摘 要:针对京能宁东发电公司 1 号机组 11 号小汽轮机在运行中速关阀异常关闭的事件,通过对小汽轮机 运行工况、蒸汽系统、调节系统和速关阀结构的分析,找出速关阀异常关闭的原因。在对系统进行改造和运 行方式进行调整后,未发生同类事件。 关键词:小汽轮机; 速关阀; 逆止门; 速关阀蒸汽滤网 中图分类号:TM621. 7 + 1 文献标识码:A 文章编号:1003-9171( 2012) 01-0058-03
2 小汽轮机高调门开启后对速关阀蒸汽 滤网强度的影响
2. 1 小汽轮机汽源分析 小汽轮机设计工况点为主机点 THA 工况,工
作汽源为主机四段抽汽,在低负荷阶段四抽压力 较低的情 况 下,使 用 备 用 冷 再 汽 源,其 汽 源 切 换 点为主机 40% THA 工况。设计上没有考虑冷再 汽源单独带满负荷的工况。
图 1 DCS 趋势图
阀前低压进汽管道上) 有一个阶跃的突升,压力 从 1. 2 MPa 升至 1. 45 MPa,上升幅度为 26% 。
在速关阀关闭前,由于小汽轮机高调门开度 较大,其入口压力在 1. 2 MPa 左右,高于主机四 段抽汽压 力,造 成 对 四 段 抽 汽 的 排 挤,使 四 段 抽 汽至小汽轮机蒸汽流量减到零,小汽轮机工作汽 源完全由冷再供。当时主机负荷稳定,冷再压力 没有变化,因 此,可 以 推 断 小 汽 轮 机 入 口 压 力 的 突升是由于进汽通道受阻造成的。结合对速关
( 2) 速关阀蒸汽滤网破损后,高速蒸汽直接 冲击速关阀阀杆和主阀碟,导致速关阀油缸内密 封破坏,速关阀关闭。
( 3) 针对以上分析,在 2 台小汽轮机的蒸汽 管道上分别加装了逆止门,解决了使用冷再蒸汽 单独供小汽轮机时高、低压汽源互串的问题; 在 小汽轮机 MEH 中,更改了高、低调门的重叠度, 延迟高调门的开启; 在背压较高的情况下,通过 冷再供辅汽,辅汽供小汽轮机的运行方式来提高 低调门前的压力,减少高调门的开度来减少蒸汽 对速关阀滤网的冲击力。
京能宁东发电有限责任公司 1 号机组为超 临界 660 MW 间接空冷机组,配置 2 台 50% 容 量的锅炉给水泵,驱动汽轮机为杭州汽轮机厂 生产的 NK63 /71 /0 型凝汽式汽轮机。设计工况 点为主机 THA 工况,工作汽源为主机四段抽汽, 备用汽源为主机冷再蒸汽,排汽直接进入主机 凝汽器。
5 月 4 日下午,受大风影响,1 号机组背压从 20 kPa 上升至 26 kPa,在此过程中,2 台汽泵出力 基本一致,11 号小汽轮机低调门逐渐全开,高调 门开度持续摆动上升,最高至 79% ; 12 号小汽轮 机高调开度 5% 左右。
图 2 为当时 2 台小汽轮机的部分参数趋势。 趋势图显示,当 11 号小汽轮机的高调门开
关闭机构,在 紧 急 状 态 下 切 断 的 汽 轮 机 的 进 汽, 使机组快 速 停 机,也 称 为 主 汽 门,由 阀 体 部 份 和 油缸部分组成。在运行过程中,速关阀通过速关 油克服弹簧的阻力保持开启。当速关油失压时, 在弹簧的作用力下,油缸内的活塞盘与活塞会脱 开,速关油与排油口相通,使速关油瞬间泄去,活 塞盘与阀杆、主阀碟被推向关闭位置。
2011 年 5 月 7 日 17: 45,机组负荷 660 MW, 背压 26 kPa,11 号小汽轮机低调门全开,高调门 开度 37% ,速关阀突然关闭至 74% 。运行人员立 即降低机组负荷退出 11 号小汽轮机运行。对速 关阀解体检查发现速关阀蒸汽滤网完全破损,部 分破损碎片被冲入小汽轮机; 速关阀阀杆与阀套 之间卡涩,无法完全关闭,卡在 74% 的阀位。
小汽轮机使用四段抽汽时,蒸汽在速关阀前 几乎没有节流,蒸汽流速相对较低。使用冷再蒸 汽后,由于冷再蒸汽通过高调门节流后压力从 4. 3 MPa 降到 1. 1 MPa,门后蒸汽流速较高,加之使 用冷再蒸 汽 时 流 量 大,所 以 相 对 于 使 用 四 段 抽 汽,使用冷再蒸汽对速关阀滤网的冲击力大。设 计上没有考虑使用冷再蒸汽带满负荷的工况,滤 网强度设计也就偏小。 2. 2 小汽轮机实际运行工况分析
速关阀蒸汽滤网破损对速关油压的影响: ( 1) 在速关阀蒸汽滤网破损前,蒸汽通过速 关阀蒸汽滤网通至主阀蝶前的腔室,由于速关阀 蒸汽滤网 是 圆 筒 型,四 周 均 匀 进 汽,这 样 阀 杆 沿 径向四周 的 压 力 基 本 一 致,阀 杆 不 会 偏 斜 和 弯 曲。在速关阀蒸汽滤网破损的瞬间,蒸汽没有了 速关阀蒸汽滤网束缚,直接冲击在阀杆和主阀碟 上,必然 会 在 阀 杆 上 产 生 一 个 沿 径 向 方 向 的 扭 矩。从而导致油缸内与阀杆相连的活塞盘产生 偏斜,活塞 盘 与 活 塞 密 封 面 之 间 产 生 张 口,速 关 油漏油量增大,油压降低。 ( 2) 在速关阀蒸汽滤网破损前,阀杆在弹簧 作用力、速 关 油 作 用 力、导 向 套 筒 对 阀 杆 的 作 用 力和主阀碟的前后差压下的作用下处于一种平 衡状态:
4 结论
( 1) 由于小汽轮机在设计上没有考虑使用 冷再汽源带满负荷长时间运行的工况,速关阀蒸 汽滤网的强度设计偏小; 加之小汽轮机蒸汽管道 上没有设计逆止门,2 台小汽轮机高、低压汽源互 串,造成 速 关 阀 蒸 汽 滤 网 过 负 荷 强 度 进 一 步 下 降,长时间运行导致速关阀蒸汽滤网破损。
1 速关阀关闭过程 DCS 趋势分析
速关阀关闭过程中,DCS 趋势如图 1,时间间 隔为 DCS 一个扫描周期。从 DCS 趋势来看,在 速关阀关 闭 前,小 汽 轮 机 低 调 门 全 开,高 调 门 维 持一个相对稳定的开度 ( 35% ~ 37% ) 。17: 45: 01,小汽轮机的入口压力( 该测点位于小机速关
Abstract: According to abnormal closure of quick-closing valve of small turbine 11 of unit 1 in operation in Jingneng Ningdong Power Generation Co. Ltd. ,through the analysis of the small steam turbine operating conditions,steam system,quick-closing valve control system and structure,the cause of abnormal closure of quick closing valve has been found out. After transformation of the system and adjust of operating mode,no recurrence of similar incidents. Key words: small turbine; quick closing valve; check door; quick closing valve steam filter
通过对 2 台小汽轮机蒸汽系统的检查发现, 在四抽至 2 台小汽轮机汽源的支管上没有逆止 门。在 11 号小汽轮机的高调门开度过大后,冷 再蒸汽从 11 号小汽轮机高调门后通过速关阀串 至 11 号小汽轮机的低压汽源管道中,再进入四 抽至 2 台小汽轮机供汽母管,导致四抽至 2 台小 汽轮机供汽母管上的逆止门关闭,同时进入 12 号小汽轮机低压汽源管中,进入 12 号小汽轮机 机。串汽后,蒸汽流动方向如图 3 所示。
力,弹簧会带动阀杆及活塞盘沿速关阀关闭的方 向移动,造 成 活 塞 盘 与 活 塞 之 间 的 密 封 面 脱 开, 速关油迅速被泄掉,阀门关闭。
通过以上的分析,在排除了由于调节油系统 外漏和速关组件的内漏导致速关油失压的可能 后,可以确认 11 号小汽轮机速关阀在滤网破损 关闭后由于蒸汽直接冲击主阀碟使其前后差压 迅速所致。又因为阀杆沿径向扭矩的产生,使阀 杆与轴套 之 间 局 部 间 隙 变 小,紧 力 增 大,阀 杆 卡 在轴套里,速关阀不能完全关闭。
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阀和小汽轮机的解体检查,认为速关阀蒸汽滤网 是在 17: 45: 01 前的时刻破损,同时破损的碎片被 冲入小汽轮机堵塞了调节级部分喷嘴,导致小汽 轮机入口压力突然升高。
在速关阀蒸汽滤网破损后 2 s,17: 45: 03,小 汽轮机速关阀突然关闭至 74% ; 由于速关阀的节 流导致小汽轮机入口压力第二次突升至 1. 6 MPa。
F + ΔΡ × S1 + F2 = P2 × S2 式中: F 为弹簧的作用力; ΔΡ 为主阀碟前后 差压; S1 为主阀碟面积; Ρ2 为速关油压力; S2 为 油缸内活塞盘面积; F2 为导向套筒对阀杆的作用 力。 小汽轮机在正常调节过程中,当主阀碟前后 差压 ΔΡ 发生微小发生变化时,用于定位速关阀 全开的导向套筒对阀杆的作用力 F2 也会相应变 化,使阀杆达到一种新的平衡状态。但是当主阀 碟前后差压 ΔΡ 增量过大,F2 减少到零还不能维 持平衡时,速 关 油 压 就 将 无 法 克 服 弹 簧 的 作 用
根据 等 焓 节 流 计 算,冷 再 蒸 汽 ( 4. 27 MPa、 322. 1 ℃ 、比焓 3 011 kJ / kg) 节流至 1. 117 MPa 时 的温度为 281 ℃ 。这说明,当 11 号小汽轮机高调 开度大于 50% 以后,冷再蒸汽在排挤四抽供 11 号小汽轮机汽源时,并串到 12 号小汽轮机的低 压汽源中,当 11 号小汽轮机高调开度大于 70% 以后,将四抽至 12 号小汽轮机汽源完全排挤了, 造成 2 台小汽轮机全部由冷再供汽。
Cause Analysis of Small Turbine Quick-closing Valve Abnormal Closure
Liu Jun,Luo Yun,Li Yan-jun,An Jian-xiong
( Jingneng Ningdong Power Generation Co. Ltd. ,Yinchuan 750001,China)
该机组为表面式间接空冷机组,小汽轮机排 汽直接进入主机凝汽器,背压变化较大。在背压 高的情况 下,由 于 排 汽 焓 的 升 高,小 汽 轮 机 整 机 的有效焓 降 下 降,功 率 下 降,四 段 抽 汽 不 足 以 维 持小汽轮机转速,需要开启高调门来补充蒸汽流 量。高调门开启后,其门后压力必须高于四段抽 汽压力才能补充进汽,所以就会排挤四抽。补充 进汽后,四抽与冷再蒸汽混合,汽温降低,小汽轮 机的入口 蒸 汽 比 焓 下 降,相 对 内 效 率 下 降,功 率 下降,而要 维 持 转 速 不 变,进 汽 量 就 要 增 大。 这 样就会造成高调门越开越大,直至完全排挤四段 抽汽。
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