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

1、汽輪發(fā)電機(jī)組電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)伺服機(jī)構(gòu)故障的分析萬(wàn) 俊(國(guó)電長(zhǎng)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(yán) 重影 響當(dāng) 前高 參數(shù) 和 大容量機(jī)組的 安全經(jīng) 濟(jì)運(yùn) 行 。 針 對(duì)伺 服閥 頻繁 失效 與磷 酸 脂液壓油指標(biāo)合格這 一矛盾 , 對(duì)伺 服閥結(jié) 構(gòu)性能 及磷酸 脂液 壓油主要指標(biāo)控制進(jìn) 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(zhǎng)伺服閥使 用壽命 的抗燃 油運(yùn)行 管理 和監(jiān)督方法 。關(guān)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(lái) , 隨著汽輪發(fā)電機(jī)組容量的增大、 蒸汽參 數(shù)的提高 , 對(duì)機(jī)組的 安全性、 經(jīng)濟(jì)性

2、 有了更 高的要 求 , 特別是對(duì)其自動(dòng)化控制水平的要求也越來(lái)越高。 國(guó)電長(zhǎng)源沙市熱電廠原來(lái)幾臺(tái)老機(jī)組采用機(jī)械液壓 調(diào)節(jié)系統(tǒng) , 在運(yùn)行過(guò)程中調(diào)節(jié)系統(tǒng)常常出現(xiàn)遲緩率 大 , 油壓晃動(dòng) , 透平油系統(tǒng)油質(zhì)差 , 造成油動(dòng)機(jī)繼動(dòng) 器錯(cuò)油門卡澀等問(wèn)題。沙市發(fā)電廠對(duì)一臺(tái) 50MW 的 6號(hào)機(jī)組的控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造 , 由傳統(tǒng)的機(jī)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(diǎn)是靈敏度高 , 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 , 線性度好 , 解決了電廠 原來(lái)適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷分配難的問(wèn)題 , 大大提高了機(jī)組 的安全經(jīng)濟(jì)性。隨著機(jī)組自動(dòng)化程度的提高以及先進(jìn)的 DCS 控 制系統(tǒng)的采用 , DE H 已廣泛用于汽輪

3、機(jī)組的運(yùn)行控 制中 , 它可以控制機(jī)組的啟停、 運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整、 超 限報(bào)警及自動(dòng) 跳機(jī)等。機(jī)組的 DEH 系統(tǒng)雖然功能 完善 , 但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)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(biāo) 合格這一矛盾 , 對(duì)影響伺服閥性能的磷酸脂液壓油 的酸值及顆粒度兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析 , 以利于運(yùn)行管 理人員采取積極有效的措施 , 達(dá)到延長(zhǎng)伺服閥使用 壽命、 保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(gè)由 力矩馬達(dá)和兩級(jí)液壓放大系統(tǒng) (噴嘴、 擋板系統(tǒng)和滑 閥系統(tǒng) 及機(jī)械反饋系統(tǒng)組成見(jiàn)圖 1。當(dāng)有電氣信號(hào) 從伺服

4、放大器輸入時(shí) , 力矩馬達(dá)中的銜鐵會(huì) 在磁場(chǎng) 力的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) , 同時(shí)帶動(dòng)與之相連的 擋板轉(zhuǎn) 動(dòng) , 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(dāng)兩只噴 嘴前的油壓不等時(shí) , 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(dòng) , 控制 油口的 開(kāi)關(guān) , 從而達(dá)到控制調(diào)整汽閥開(kāi)度的目的。反饋彈 簧則是產(chǎn)生一個(gè)與滑閥移動(dòng)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(biāo)對(duì)伺服閥影 響磷酸脂液壓油是一種為汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)提 供安全準(zhǔn)確控制的液體介質(zhì)。它要求具備良好的潤(rùn) 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(méi)有易燃和維持燃燒的分解產(chǎn)物 , 而且不 會(huì)沿著油的流動(dòng)方向傳遞火焰 , 由分解產(chǎn)物 構(gòu)成的 氣體燃燒后也不會(huì)引起整個(gè)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(shù) 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(diǎn)是對(duì)水分十分敏感 , 它會(huì)發(fā)生水解 , 水解過(guò)程 是通過(guò) 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(huì)有磷酸生 成 ,

6、 水解降解的原理見(jiàn)圖 2。從圖中可以得出這種結(jié) 論 , 在水解過(guò)程中 , 產(chǎn)生的一價(jià)磷酸酯、 二價(jià)磷酸酯 和最終的磷酸脂都有一定的酸性 , 這些物質(zhì)是導(dǎo)致 磷酸脂液壓油酸值增大的主要因素。對(duì)于磷酸脂液 壓油來(lái)說(shuō) , 控制它可以減少對(duì)金屬的腐蝕作用 , 同時(shí) 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(lái)自其劣化產(chǎn)物 (水解降 解 , 當(dāng)劣化產(chǎn)物增加到一定程度時(shí) , 不僅對(duì)金屬有 一定的腐蝕性 , 還會(huì)引起磷酸脂液壓油指標(biāo)的變化 , 使其喪失應(yīng)有的物理、 化學(xué)性能 , 對(duì)伺服閥造成很大 的影響。因此電廠運(yùn)行時(shí)要求酸值維持在低水平。圖 2 水解降解的機(jī)理4 伺服閥故障

7、分析及原因探討6號(hào)機(jī)的 DEH 系統(tǒng)伺服閥解體后 , 在滑閥和閥 套的 表面并沒(méi)有發(fā) 現(xiàn)酸性腐蝕和 電化學(xué)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(guò)晶像分析研究 , 確信它不是化學(xué)腐蝕的特 征 , 而且在 刃邊以外 的地方 也沒(méi)有發(fā) 現(xiàn)腐 蝕跡象。 在伺服閥解體過(guò)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(dāng)閥芯的刃邊損壞時(shí) , 就會(huì)發(fā)生 上述的一些故障。但這種沖蝕不僅是在顆粒度超標(biāo) 的時(shí)候才發(fā)生 , 只要油系統(tǒng)中有硬質(zhì)顆粒存在 , 隨時(shí) 都會(huì)發(fā)生沖蝕。從對(duì)沙市發(fā)電廠 6號(hào)機(jī)伺服閥失效 的情況分析 , 在

8、顆粒度普遍符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下 , 仍然 會(huì)發(fā)生沖蝕現(xiàn)象。 圖 3 伺服閥 損傷部位示意圖當(dāng)顆粒特別是 硬質(zhì)顆粒經(jīng)過(guò)該處時(shí) , 對(duì) 滑閥凸 肩有直接的高壓沖刷或切削加工作用 , 這種 作用導(dǎo) 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(jí)普遍合格情況下 , 仍然 發(fā)生滑 閥凸肩機(jī)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(duì)伺 服閥 的沖蝕。 沙市發(fā)電廠有兩臺(tái)機(jī)組采用同樣的系統(tǒng) , 區(qū) 別在于 采用了不同的過(guò)濾器濾芯 , 結(jié)果造成污染等 級(jí)有所 差別 , 6號(hào)機(jī)油中 5 m 以下的顆粒有很多 ,

9、 相反另 外一臺(tái)機(jī)組幾乎沒(méi)有。因此盡可能地阻止任何顆粒 進(jìn)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)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(shí) 間和數(shù)量 , 已成為避免和減緩沖蝕現(xiàn)象的首要任務(wù)。 目前所采用的系統(tǒng)中不可能徹底消除顆粒來(lái)源 , 但 是采取適當(dāng)?shù)拇胧┛梢詼p少顆粒數(shù)量及其在系統(tǒng)中 的停留時(shí)間。國(guó)外同行對(duì)過(guò)濾器濾芯要求其過(guò)濾精 度 >200, 甚至 >1000。目前國(guó)內(nèi)有些廠家生產(chǎn)的濾 芯過(guò)濾效率也比較高。5 對(duì)酸值指標(biāo)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(jí)濾網(wǎng)上 , 甚至存在于伺服閥的 閥芯的 槽溝中。國(guó)外在上個(gè)世 紀(jì) 70年代使用硅藻土再 生磷酸 脂液壓油時(shí) , 就發(fā)現(xiàn)了易產(chǎn)生沉淀這一現(xiàn)象。他們熱電技術(shù) 2007年第 4期 (總第 96期 通過(guò)對(duì)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(dǎo)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(xué)反應(yīng)過(guò)程的中間產(chǎn)物 相互作用是不可避免的 , 它們會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)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(guò) 查閱國(guó)外的大量文獻(xiàn)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(huì) 高于磷

11、酸液壓油 , 在一些死角位置 , 它們會(huì)進(jìn)一步和 其它產(chǎn)物組成凝膠沉淀物 , 對(duì)系統(tǒng)造成極大的威脅。 由此 可見(jiàn)即使酸值 并沒(méi)有達(dá)到引 起金屬腐蝕的程 度 , 但在酸值增長(zhǎng)的過(guò)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(dǎo)致伺服閥堵 塞、 卡澀現(xiàn)象的發(fā)生。控制酸值的增加 , 及時(shí)清除水 解產(chǎn) 物是控制凝膠 沉淀物大量生 成的一個(gè)重要手 段。目前國(guó)內(nèi)外電廠采用硅藻土替代品 , 例如 :離子 交換技術(shù)在再生過(guò)程中的使用。從上述分析中可以得到 這樣結(jié)論 , 除了加強(qiáng)檢 修工藝、 加強(qiáng)系統(tǒng)維護(hù) , 防止人為因 素對(duì) DE H 系統(tǒng) 污染外 , 還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)磷酸脂抗燃油的指標(biāo)

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(guò)程來(lái)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(lái)源于空氣及油品 自身裂解產(chǎn)物。阻止空氣中水分進(jìn)入 , 可以使用高 效空氣過(guò)濾器。油品因過(guò)熱因素裂解 , 這一問(wèn)題在 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以避免。其次在系統(tǒng)運(yùn)行中 , 應(yīng)定期采用濾油設(shè)備對(duì)油 品進(jìn)行脫水處理的措施是相當(dāng)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(shè)備 包括一個(gè)加熱腔 , 并在加熱腔內(nèi)保持一定的真空 , 通 過(guò)增大蒸汽壓力來(lái)蒸發(fā)水分 , 這些設(shè)備上直接采用油液接觸式電加熱棒 , 往往導(dǎo)

13、致棒表面磷酸脂過(guò)熱。 情況嚴(yán)重時(shí) , 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(shè)備時(shí) , 應(yīng)避免 使用帶油液接觸式加熱棒的設(shè)備。盡可能使用不帶 加熱裝置的濾油機(jī)。此外系統(tǒng)停用期間對(duì)磷酸液壓油水分控制很不 利 , 特別是在冬季 , 系統(tǒng)停運(yùn)前后的溫差較大 , 油與 環(huán)境空氣間會(huì)逐步達(dá)到一個(gè)平衡 , 盡管已經(jīng)安 裝了 空氣濾芯 , 對(duì)阻止顆粒進(jìn)入系統(tǒng)效果較好 , 但沒(méi)法進(jìn) 一步防止水分的進(jìn)入。因此 , 系統(tǒng)停用時(shí)間要 盡可 能短 , 停用時(shí)進(jìn)行脫水處理也是必要的措施。6 結(jié)論沙市發(fā)電廠 6號(hào)機(jī)組伺服閥的失效是由顆粒特 別是 5 m 以下 顆粒對(duì) 伺服 閥閥 芯的 沖蝕 造成的。 采用高效過(guò)濾器和增設(shè)顆粒度取樣點(diǎn) , 是一 項(xiàng)重要 的措施。所有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 給定的指標(biāo) , 特別是酸值 和顆粒 污染等級(jí)指標(biāo) , 不能等指標(biāo)接近或達(dá)到極限 值時(shí)再 進(jìn)行處理。從系統(tǒng)投入運(yùn)行的那一刻起 , 就 要堅(jiān)持 指標(biāo)狀態(tài)監(jiān)控的原則 , 采取有