汽轮机阀门故障检测和诊断研究

汽轮机阀门故障检测和诊断研究

发表时间：2019-03-12T16:21:55.017Z 来源：《电力设备》2018年第27期作者：解军平

[导读] 摘要：阀门是汽轮机生产作业中常见的一种控制装置，对于控制整个运行系统的状态具有非常重要的作用。

(国电江苏电力有限公司谏壁发电厂江苏镇江 212006)

摘要：阀门是汽轮机生产作业中常见的一种控制装置，对于控制整个运行系统的状态具有非常重要的作用。从这个装置的使用频率上来看，其属于使用频率较高的一类设备和装置类型，因此在应用过程中的消耗和故障发生频率也相对较高。一旦阀门区域出现故障，则有可能直接影响到整个运行系统的正常状态，如作为水资源或者煤气资源的阀门，泄露和故障问题还会在作业安全上造成严重影响。基于阀门故障的以上严重影响，通过研究可为类似机组的阀门故障检测和诊断提供参考。

关键词：汽轮机；阀门；故障检测

引言

从应用于汽轮机主蒸汽管道的截止阀，到电液控制系统中的调节阀，阀门作为控制回路中的重要执行机构之一，其性能优劣直接影响到汽轮机的平稳、安全运行。阀门异常，尤其是控制系统中的调节阀门异常，将导致系统失稳，使系统产生安全隐患，严重的情况下还会造成汽轮机更大的事故。工业中通常采用定期检测和故障检修的方式来实现阀门的检测和维护。

1、阀门产生异常的机理

汽轮机控制系统可简要表示为如图1所示的串级控制系统，其中内环由阀位控制器、油动机和阀门本体等设备组成，外环由汽轮机数字电液（DigitalElectricHydaulic，DEH）控制系统和汽轮机等设备或部件组成。控制系统通过改变控制阀的开度，实现对汽轮机转速、负荷的控制。ＤEH将阀位指令信号送至阀位控制器，由油动机通过液压的方式控制阀门的开度，改变进入汽轮机的蒸汽流量。在控制逻辑中，每个调节阀前都有一个阀位控制器，此阀位控制器接受由ＤEH发送的汽轮机流量指令信号，通过阀门曲线将其转化为阀位指令信号。在油动机侧测得的阀位信号作为反馈，被送入阀位控制器，实现阀位的闭环控制（如图１中的内环所示）。

图１汽轮机阀门控制回路

图1中的阀门机械特性是阀门固有的特性，反映了阀位与阀门流量输出之间的静态关系，通常由设备制造厂家根据设计标准进行设计。而阀门曲线是ＤEH中为消除阀门控制回路的非线性状态所设置的曲线，可以简单理解为阀门机械特性的反函数。工程上，汽轮机控制器和阀门控制器都采用PID控制器，相应控制逻辑通常会增加与阀门机械特性相对应的阀门曲线（如图1所示，汽轮机控制器后紧跟阀门特性曲线），使汽轮机控制器指令到汽轮机的被控量之间呈现线性关系。在汽轮机机组的运行过程中，阀门的机械特性会随着系统运行时间的增加、通流面积的改变而逐渐发生变化，但由于汽轮机控制器中的阀门特性曲线没有及时更新，阀门机械特性与控制器中的阀门特性曲线会出现不匹配的情况，也就是之前提到的阀门曲线失配现象。而阀门静摩擦现象主要发生在图1所示的串级控制回路的内回路中。将内回路放大来看，其包括了多种复杂的控制部件、执行机构和外连接设备，它们都可能成为阀门静摩擦发生的原因。工业实践中，阀门静摩擦异常的主要原因源于 EH油系统和调节汽阀本体两个方面。EH油系统中高压抗燃油油质和供油系统的稳定性直接影响阀门的工作性能，油质的下降（油液污染）会直接导致电液伺服阀卡涩和油动机内部的插装阀卡涩。调节汽阀工作在高温高压的恶劣工况下，部件劳损也是造成阀门静摩擦的另一重要原因。

2、汽轮机阀门诊断技术的应用对策

2.1 应用原则

阀门出现故障，可能对汽轮机工程的非转动设备机械维修造成很大损失，因此必须选择合适的阀门诊断技术。选择阀门诊断技术的过程中，至少需要以下 2 个环节。首先，要对阀门故障类型有一个初步判断。例如：有些故障的严重程度较高，必须快速应用高精度、高可行性的诊断技术来完成；有些故障的严重程度较低，可以在深入研究或者是在相关数据仔细搜集以后，再选择诊断技术。仅从这一点来看，阀门故障的处理有一定难度，因此要在工作中保持高度的健全性。然后，应合理考虑阀门的实际工作条件、影响因素。例如：在阀门诊断技术的实施过程中，应充分结合汽轮机工程的非转动设备机械维修的技术指标来完成，这样不仅能使整体工作得到良好的发展，同时保证后续工作的进行。

2.2 提高检测结果的精度和可靠性

在汽轮机工程的非转动设备机械维修的过程中，阀门诊断技术的应用必须坚持长远的策略，简单的模式，不仅无法得到良好的成绩，还会由此产生非常严重的损失。阀门诊断技术的实施过程中，应坚持提升检测结果的精度和可靠性。这样能够促使对阀门故障的进一步把控，避免产生严重的缺失。从长远角度分析，精度和可靠性的提升，将会成为国家发展的硬性要求，其对汽轮机工程的非转动设备机械维修产生的作用非常明显。对于某些重要的阀门状态参数，可以采用不同的检测设备，以提高检测结果的可靠性。另外，多传感器融合技术也是提高检测结果可靠性的一种方法。在阀门运行过程中，一个故障很有可能引起多个状态参数的变化。例如，由落入异物导致的阀门内漏，除了密封副处出现应力波信号外，还会引起阀门前后压力的变化，阀杆运动不到位甚至还伴有噪声。仅仅使用一种传感器监测阀门状态，可靠性和准确性都较低。通过多种传感器同时监测阀门的运行参数，多个传感器的数据进行综合分析，剔除无用和错误的信息，有利于提高传感器系统的可靠性，使最终的判断更加科学合理。

2.3 加强早期故障诊断研究

目前，汽轮机工程的非转动设备机械维修的很多内容，都与阀门诊断技术建立了密切的关系。阀门虽然是其中比较小的零部件，但是如果在其诊断技术的应用过程中出现了较大的缺失和不足，则后续工作将会遭遇严重的挑战，工业进步也难以得到理想的成绩。在此种情况下，加强早期故障诊断研究，已经成为了必要内容。该项工作的开展过程中，必须合理掌控不同的影响因素，这样才能让问题的解决效

果不断得到提升。例如，利用网络技术对阀门进行远程在线诊断，一方面可以让操作人员远离危险环境进行诊断，提高作业的安全性；另外通过组网技术，将现场的关键阀门联系起来，提高诊断效率。更为关键的是，基于网络的实时连续监测有利于早期微弱故障的发现。基于网络的远程在线诊断技术，需要将现有的阀门故障诊断技术与 DTU（DataTransfer Unit，数据传输单元）技术和网络技术相结合，在阀门使用现场设立在线监测点，采集阀门的运行数据，在技术力量较强的研究所或企业建立诊断分析中心。诊断分析中心获得远程传输的阀门运行数据后，对阀门状态进行判断，再远程提供检修建议。

结束语

总之，阀门是汽轮机常见的一种应用构件，由于其应用频率高，功能的重要性和丰富性强。所以，一旦发生故障会对整个系统的正常运行造成很大的影响。维修人员和管理人员应当针对不同阀门的种类，分析和总结其故障发生的原因和具体处理措施，促进故障及时的排除和处理，延长阀门的应用寿命和性能。

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