汽輪發(fā)電機組電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)伺服機構(gòu)故障的分析_圖文

1、汽輪發(fā)電機組電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)伺服機構(gòu)故障的分析萬 俊(國電長源沙市熱電廠 , 湖北 沙市 434000摘 要 由伺服 閥失 效引 起的故 障嚴 重影 響當 前高 參數(shù) 和 大容量機組的 安全經(jīng) 濟運 行 。 針 對伺 服閥 頻繁 失效 與磷 酸 脂液壓油指標合格這 一矛盾 , 對伺 服閥結(jié) 構(gòu)性能 及磷酸 脂液 壓油主要指標控制進 行了分析 , 研 究了磷 酸酯型 抗燃油 的基 本理化性能 , 闡述了延長伺服閥使 用壽命 的抗燃 油運行 管理 和監(jiān)督方法 。關鍵詞 伺服閥 抗 燃油 顆粒污染 調(diào)節(jié)系統(tǒng)1 前言近年來 , 隨著汽輪發(fā)電機組容量的增大、 蒸汽參 數(shù)的提高 , 對機組的 安全性、 經(jīng)濟性

2、 有了更 高的要 求 , 特別是對其自動化控制水平的要求也越來越高。 國電長源沙市熱電廠原來幾臺老機組采用機械液壓 調(diào)節(jié)系統(tǒng) , 在運行過程中調(diào)節(jié)系統(tǒng)常常出現(xiàn)遲緩率 大 , 油壓晃動 , 透平油系統(tǒng)油質(zhì)差 , 造成油動機繼動 器錯油門卡澀等問題。沙市發(fā)電廠對一臺 50MW 的 6號機組的控制系統(tǒng)進行了改造 , 由傳統(tǒng)的機械液壓 式調(diào)節(jié)系統(tǒng)改為數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) (DE H , 其優(yōu) 點是靈敏度高 , 動態(tài)響應快 , 線性度好 , 解決了電廠 原來適應電網(wǎng)負荷分配難的問題 , 大大提高了機組 的安全經(jīng)濟性。隨著機組自動化程度的提高以及先進的 DCS 控 制系統(tǒng)的采用 , DE H 已廣泛用于汽輪

3、機組的運行控 制中 , 它可以控制機組的啟停、 運行參數(shù)的調(diào)整、 超 限報警及自動 跳機等。機組的 DEH 系統(tǒng)雖然功能 完善 , 但經(jīng)過一段時間的運行 , 出現(xiàn)伺服閥頻繁失效 的異常情況。為了解決伺服閥頻繁失效與磷酸脂液壓油指標 合格這一矛盾 , 對影響伺服閥性能的磷酸脂液壓油 的酸值及顆粒度兩個指標進行分析 , 以利于運行管 理人員采取積極有效的措施 , 達到延長伺服閥使用 壽命、 保障機組安全經(jīng)濟運行的目的。2 電液伺服閥的結(jié)構(gòu)原理MOOG 公司生產(chǎn)的 760系列的伺服閥是一個由 力矩馬達和兩級液壓放大系統(tǒng) (噴嘴、 擋板系統(tǒng)和滑 閥系統(tǒng) 及機械反饋系統(tǒng)組成見圖 1。當有電氣信號 從伺服

4、放大器輸入時 , 力矩馬達中的銜鐵會 在磁場 力的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) , 同時帶動與之相連的 擋板轉(zhuǎn) 動 , 移近其中一只噴嘴 , 使之泄油量減少 , 噴 嘴前的 油壓升高。另一只噴嘴的狀況與之相反。當兩只噴 嘴前的油壓不等時 , 與之相連的滑閥兩端的 壓力則 不等 , 在壓差的作用下 , 滑閥產(chǎn)生移動 , 控制 油口的 開關 , 從而達到控制調(diào)整汽閥開度的目的。反饋彈 簧則是產(chǎn)生一個與滑閥移動方向相反的力 , 使調(diào)節(jié) 功能穩(wěn)定。圖 1 760型伺服閥3 磷酸脂液壓油主要性能指標對伺服閥影 響磷酸脂液壓油是一種為汽輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)提 供安全準確控制的液體介質(zhì)。它要求具備良好的潤 滑性、 抗燃性、

5、低揮發(fā)性。這種油比石油基液壓油汽 化壓力低 , 沒有易燃和維持燃燒的分解產(chǎn)物 , 而且不 會沿著油的流動方向傳遞火焰 , 由分解產(chǎn)物 構(gòu)成的 氣體燃燒后也不會引起整個油液著火。目前所使用的 磷酸脂液壓油 , 可分為芳 基磷酸 脂、 烷基磷酸脂和芳基 -烷基混合磷酸酯。最常用 的主要是由三氯磷酸和二甲苯酚合成所得的三 -二熱電技術 2007年第 4期 (總第 96期 甲苯基磷酸脂 , 屬芳香族脂類 , 根據(jù)脂類的性質(zhì) , 它 的缺點是對水分十分敏感 , 它會發(fā)生水解 , 水解過程 是通過 P-O 鍵或 C-O 鍵的斷裂完成的 , 由于水解 而產(chǎn)生酸性降解物引起分子衰退 , 最終會有磷酸生 成 ,

6、 水解降解的原理見圖 2。從圖中可以得出這種結(jié) 論 , 在水解過程中 , 產(chǎn)生的一價磷酸酯、 二價磷酸酯 和最終的磷酸脂都有一定的酸性 , 這些物質(zhì)是導致 磷酸脂液壓油酸值增大的主要因素。對于磷酸脂液 壓油來說 , 控制它可以減少對金屬的腐蝕作用 , 同時 可以了解它水解的程度以及再生處理的效果。磷酸 脂液壓油酸值的增加 , 主要來自其劣化產(chǎn)物 (水解降 解 , 當劣化產(chǎn)物增加到一定程度時 , 不僅對金屬有 一定的腐蝕性 , 還會引起磷酸脂液壓油指標的變化 , 使其喪失應有的物理、 化學性能 , 對伺服閥造成很大 的影響。因此電廠運行時要求酸值維持在低水平。圖 2 水解降解的機理4 伺服閥故障

7、分析及原因探討6號機的 DEH 系統(tǒng)伺服閥解體后 , 在滑閥和閥 套的 表面并沒有發(fā) 現(xiàn)酸性腐蝕和 電化學腐蝕的跡 象 , 但在閥芯的刃邊上發(fā)現(xiàn)了明顯的不規(guī)則的損傷 痕跡 , 通過晶像分析研究 , 確信它不是化學腐蝕的特 征 , 而且在 刃邊以外 的地方 也沒有發(fā) 現(xiàn)腐 蝕跡象。 在伺服閥解體過程中發(fā)現(xiàn)在滑閥凸肩上有明顯的損 傷的跡象 , 如圖 3所示。損傷部位在圖 3中白色箭 頭所示的流通處。當閥芯的刃邊損壞時 , 就會發(fā)生 上述的一些故障。但這種沖蝕不僅是在顆粒度超標 的時候才發(fā)生 , 只要油系統(tǒng)中有硬質(zhì)顆粒存在 , 隨時 都會發(fā)生沖蝕。從對沙市發(fā)電廠 6號機伺服閥失效 的情況分析 , 在

8、顆粒度普遍符合標準的情況下 , 仍然 會發(fā)生沖蝕現(xiàn)象。 圖 3 伺服閥 損傷部位示意圖當顆粒特別是 硬質(zhì)顆粒經(jīng)過該處時 , 對 滑閥凸 肩有直接的高壓沖刷或切削加工作用 , 這種 作用導 致節(jié)流棱邊 (刃邊 被損壞 , 這種現(xiàn)象即為沖蝕。在顆粒污染等 級普遍合格情況下 , 仍然 發(fā)生滑 閥凸肩機械損傷的故障。這表明只要有硬質(zhì)顆粒存 在于油中 , 沖蝕作用將一直存在。此外更為 重要的 癥結(jié)在于 忽視了 5 m 以下 顆粒 對伺 服閥 的沖蝕。 沙市發(fā)電廠有兩臺機組采用同樣的系統(tǒng) , 區(qū) 別在于 采用了不同的過濾器濾芯 , 結(jié)果造成污染等 級有所 差別 , 6號機油中 5 m 以下的顆粒有很多 ,

9、 相反另 外一臺機組幾乎沒有。因此盡可能地阻止任何顆粒 進入伺服閥 , 特別是 5 m 以下顆粒。這一范圍的顆 粒 , 在顆粒污染等級標準中沒有明確的規(guī)定 , 但它的 沖蝕作用不容忽視。如何減少 5 m 以下顆粒在 油系統(tǒng)中的循 環(huán)時 間和數(shù)量 , 已成為避免和減緩沖蝕現(xiàn)象的首要任務。 目前所采用的系統(tǒng)中不可能徹底消除顆粒來源 , 但 是采取適當?shù)拇胧┛梢詼p少顆粒數(shù)量及其在系統(tǒng)中 的停留時間。國外同行對過濾器濾芯要求其過濾精 度 >200, 甚至 >1000。目前國內(nèi)有些廠家生產(chǎn)的濾 芯過濾效率也比較高。5 對酸值指標的狀態(tài)監(jiān)控在系統(tǒng)檢查中發(fā)現(xiàn)較多的黃褐色膠質(zhì)沉淀物 , 它分布于各

10、級濾網(wǎng)上 , 甚至存在于伺服閥的 閥芯的 槽溝中。國外在上個世 紀 70年代使用硅藻土再 生磷酸 脂液壓油時 , 就發(fā)現(xiàn)了易產(chǎn)生沉淀這一現(xiàn)象。他們熱電技術 2007年第 4期 (總第 96期 通過對膠質(zhì)沉淀物的分析 , 發(fā)現(xiàn)它們是不同形式的 鹽皂 , 而它們正是導致凝膠物產(chǎn)生的主要原因。從 理論上分析金屬皂形成的化學反應過程的中間產(chǎn)物 相互作用是不可避免的 , 它們會進一步反應生成一 些高分子量的產(chǎn)物 , 共同組成了膠質(zhì)沉淀物。通過 查閱國外的大量文獻表明 , 含量很低的金屬鹽就足 以聚合起很大數(shù)目的磷酸脂分子 , 這些產(chǎn)物起初以 溶液狀態(tài)留在油液中 , 由于其分子鏈較大 , 其粘性會 高于磷

11、酸液壓油 , 在一些死角位置 , 它們會進一步和 其它產(chǎn)物組成凝膠沉淀物 , 對系統(tǒng)造成極大的威脅。 由此 可見即使酸值 并沒有達到引 起金屬腐蝕的程 度 , 但在酸值增長的過程中 , 其產(chǎn)生的沉淀物危害是 不容輕視的 , 隨著沉淀物的增多 , 必將導致伺服閥堵 塞、 卡澀現(xiàn)象的發(fā)生。控制酸值的增加 , 及時清除水 解產(chǎn) 物是控制凝膠 沉淀物大量生 成的一個重要手 段。目前國內(nèi)外電廠采用硅藻土替代品 , 例如 :離子 交換技術在再生過程中的使用。從上述分析中可以得到 這樣結(jié)論 , 除了加強檢 修工藝、 加強系統(tǒng)維護 , 防止人為因 素對 DE H 系統(tǒng) 污染外 , 還應加強對磷酸脂抗燃油的指標

12、狀態(tài)監(jiān)控。磷酸脂抗燃油的水解是引起酸值增加的主要因 素 , 從以下幾方面分析阻止其水解的方法。首先從 其水解過程來分析 , 清除油品中的水分 , 可以有效地 抑制其水解。系統(tǒng)中的水分主要來源于空氣及油品 自身裂解產(chǎn)物。阻止空氣中水分進入 , 可以使用高 效空氣過濾器。油品因過熱因素裂解 , 這一問題在 系統(tǒng)設計中可以避免。其次在系統(tǒng)運行中 , 應定期采用濾油設備對油 品進行脫水處理的措施是相當必要的 , 可以使油品 中的水分含量維持在較低的水平。一般的脫水設備 包括一個加熱腔 , 并在加熱腔內(nèi)保持一定的真空 , 通 過增大蒸汽壓力來蒸發(fā)水分 , 這些設備上直接采用油液接觸式電加熱棒 , 往往導

13、致棒表面磷酸脂過熱。 情況嚴重時 , 可以在加熱棒上看到大量積聚的 碳化 物。因此 , 在選用磷酸液壓油的脫水設備時 , 應避免 使用帶油液接觸式加熱棒的設備。盡可能使用不帶 加熱裝置的濾油機。此外系統(tǒng)停用期間對磷酸液壓油水分控制很不 利 , 特別是在冬季 , 系統(tǒng)停運前后的溫差較大 , 油與 環(huán)境空氣間會逐步達到一個平衡 , 盡管已經(jīng)安 裝了 空氣濾芯 , 對阻止顆粒進入系統(tǒng)效果較好 , 但沒法進 一步防止水分的進入。因此 , 系統(tǒng)停用時間要 盡可 能短 , 停用時進行脫水處理也是必要的措施。6 結(jié)論沙市發(fā)電廠 6號機組伺服閥的失效是由顆粒特 別是 5 m 以下 顆粒對 伺服 閥閥 芯的 沖蝕 造成的。 采用高效過濾器和增設顆粒度取樣點 , 是一 項重要 的措施。所有行業(yè)標準 給定的指標 , 特別是酸值 和顆粒 污染等級指標 , 不能等指標接近或達到極限 值時再 進行處理。從系統(tǒng)投入運行的那一刻起 , 就 要堅持 指標狀態(tài)監(jiān)控的原則 , 采取有