汽轮发电机组电液调节系统伺服机构故障的分析_图文

1、汽轮发电机组电液调节系统伺服机构故障的分析万 俊(国电长源沙市热电厂 , 湖北 沙市 434000摘 要 由伺服 阀失 效引 起的故 障严 重影 响当 前高 参数 和 大容量机组的 安全经 济运 行 。 针 对伺 服阀 频繁 失效 与磷 酸 脂液压油指标合格这 一矛盾 , 对伺 服阀结 构性能 及磷酸 脂液 压油主要指标控制进 行了分析 , 研 究了磷 酸酯型 抗燃油 的基 本理化性能 , 阐述了延长伺服阀使 用寿命 的抗燃 油运行 管理 和监督方法 。关键词 伺服阀 抗 燃油 颗粒污染 调节系统1 前言近年来 , 随着汽轮发电机组容量的增大、 蒸汽参 数的提高 , 对机组的 安全性、 经济性

2、 有了更 高的要 求 , 特别是对其自动化控制水平的要求也越来越高。 国电长源沙市热电厂原来几台老机组采用机械液压 调节系统 , 在运行过程中调节系统常常出现迟缓率 大 , 油压晃动 , 透平油系统油质差 , 造成油动机继动 器错油门卡涩等问题。沙市发电厂对一台 50MW 的 6号机组的控制系统进行了改造 , 由传统的机械液压 式调节系统改为数字式电液调节系统 (DE H , 其优 点是灵敏度高 , 动态响应快 , 线性度好 , 解决了电厂 原来适应电网负荷分配难的问题 , 大大提高了机组 的安全经济性。随着机组自动化程度的提高以及先进的 DCS 控 制系统的采用 , DE H 已广泛用于汽轮

3、机组的运行控 制中 , 它可以控制机组的启停、 运行参数的调整、 超 限报警及自动 跳机等。机组的 DEH 系统虽然功能 完善 , 但经过一段时间的运行 , 出现伺服阀频繁失效 的异常情况。为了解决伺服阀频繁失效与磷酸脂液压油指标 合格这一矛盾 , 对影响伺服阀性能的磷酸脂液压油 的酸值及颗粒度两个指标进行分析 , 以利于运行管 理人员采取积极有效的措施 , 达到延长伺服阀使用 寿命、 保障机组安全经济运行的目的。2 电液伺服阀的结构原理MOOG 公司生产的 760系列的伺服阀是一个由 力矩马达和两级液压放大系统 (喷嘴、 挡板系统和滑 阀系统 及机械反馈系统组成见图 1。当有电气信号 从伺服

4、放大器输入时 , 力矩马达中的衔铁会 在磁场 力的作用下产生旋转 , 同时带动与之相连的 挡板转 动 , 移近其中一只喷嘴 , 使之泄油量减少 , 喷 嘴前的 油压升高。另一只喷嘴的状况与之相反。当两只喷 嘴前的油压不等时 , 与之相连的滑阀两端的 压力则 不等 , 在压差的作用下 , 滑阀产生移动 , 控制 油口的 开关 , 从而达到控制调整汽阀开度的目的。反馈弹 簧则是产生一个与滑阀移动方向相反的力 , 使调节 功能稳定。图 1 760型伺服阀3 磷酸脂液压油主要性能指标对伺服阀影 响磷酸脂液压油是一种为汽轮机电液调节系统提 供安全准确控制的液体介质。它要求具备良好的润 滑性、 抗燃性、

5、低挥发性。这种油比石油基液压油汽 化压力低 , 没有易燃和维持燃烧的分解产物 , 而且不 会沿着油的流动方向传递火焰 , 由分解产物 构成的 气体燃烧后也不会引起整个油液着火。目前所使用的 磷酸脂液压油 , 可分为芳 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 -二热电技术 2007年第 4期 (总第 96期 甲苯基磷酸脂 , 属芳香族脂类 , 根据脂类的性质 , 它 的缺点是对水分十分敏感 , 它会发生水解 , 水解过程 是通过 P-O 键或 C-O 键的断裂完成的 , 由于水解 而产生酸性降解物引起分子衰退 , 最终会有磷酸生 成 ,

6、 水解降解的原理见图 2。从图中可以得出这种结 论 , 在水解过程中 , 产生的一价磷酸酯、 二价磷酸酯 和最终的磷酸脂都有一定的酸性 , 这些物质是导致 磷酸脂液压油酸值增大的主要因素。对于磷酸脂液 压油来说 , 控制它可以减少对金属的腐蚀作用 , 同时 可以了解它水解的程度以及再生处理的效果。磷酸 脂液压油酸值的增加 , 主要来自其劣化产物 (水解降 解 , 当劣化产物增加到一定程度时 , 不仅对金属有 一定的腐蚀性 , 还会引起磷酸脂液压油指标的变化 , 使其丧失应有的物理、 化学性能 , 对伺服阀造成很大 的影响。因此电厂运行时要求酸值维持在低水平。图 2 水解降解的机理4 伺服阀故障

7、分析及原因探讨6号机的 DEH 系统伺服阀解体后 , 在滑阀和阀 套的 表面并没有发 现酸性腐蚀和 电化学腐蚀的迹 象 , 但在阀芯的刃边上发现了明显的不规则的损伤 痕迹 , 通过晶像分析研究 , 确信它不是化学腐蚀的特 征 , 而且在 刃边以外 的地方 也没有发 现腐 蚀迹象。 在伺服阀解体过程中发现在滑阀凸肩上有明显的损 伤的迹象 , 如图 3所示。损伤部位在图 3中白色箭 头所示的流通处。当阀芯的刃边损坏时 , 就会发生 上述的一些故障。但这种冲蚀不仅是在颗粒度超标 的时候才发生 , 只要油系统中有硬质颗粒存在 , 随时 都会发生冲蚀。从对沙市发电厂 6号机伺服阀失效 的情况分析 , 在

8、颗粒度普遍符合标准的情况下 , 仍然 会发生冲蚀现象。 图 3 伺服阀 损伤部位示意图当颗粒特别是 硬质颗粒经过该处时 , 对 滑阀凸 肩有直接的高压冲刷或切削加工作用 , 这种 作用导 致节流棱边 (刃边 被损坏 , 这种现象即为冲蚀。在颗粒污染等 级普遍合格情况下 , 仍然 发生滑 阀凸肩机械损伤的故障。这表明只要有硬质颗粒存 在于油中 , 冲蚀作用将一直存在。此外更为 重要的 症结在于 忽视了 5 m 以下 颗粒 对伺 服阀 的冲蚀。 沙市发电厂有两台机组采用同样的系统 , 区 别在于 采用了不同的过滤器滤芯 , 结果造成污染等 级有所 差别 , 6号机油中 5 m 以下的颗粒有很多 ,

9、 相反另 外一台机组几乎没有。因此尽可能地阻止任何颗粒 进入伺服阀 , 特别是 5 m 以下颗粒。这一范围的颗 粒 , 在颗粒污染等级标准中没有明确的规定 , 但它的 冲蚀作用不容忽视。如何减少 5 m 以下颗粒在 油系统中的循 环时 间和数量 , 已成为避免和减缓冲蚀现象的首要任务。 目前所采用的系统中不可能彻底消除颗粒来源 , 但 是采取适当的措施可以减少颗粒数量及其在系统中 的停留时间。国外同行对过滤器滤芯要求其过滤精 度 >200, 甚至 >1000。目前国内有些厂家生产的滤 芯过滤效率也比较高。5 对酸值指标的状态监控在系统检查中发现较多的黄褐色胶质沉淀物 , 它分布于各

10、级滤网上 , 甚至存在于伺服阀的 阀芯的 槽沟中。国外在上个世 纪 70年代使用硅藻土再 生磷酸 脂液压油时 , 就发现了易产生沉淀这一现象。他们热电技术 2007年第 4期 (总第 96期 通过对胶质沉淀物的分析 , 发现它们是不同形式的 盐皂 , 而它们正是导致凝胶物产生的主要原因。从 理论上分析金属皂形成的化学反应过程的中间产物 相互作用是不可避免的 , 它们会进一步反应生成一 些高分子量的产物 , 共同组成了胶质沉淀物。通过 查阅国外的大量文献表明 , 含量很低的金属盐就足 以聚合起很大数目的磷酸脂分子 , 这些产物起初以 溶液状态留在油液中 , 由于其分子链较大 , 其粘性会 高于磷

11、酸液压油 , 在一些死角位置 , 它们会进一步和 其它产物组成凝胶沉淀物 , 对系统造成极大的威胁。 由此 可见即使酸值 并没有达到引 起金属腐蚀的程 度 , 但在酸值增长的过程中 , 其产生的沉淀物危害是 不容轻视的 , 随着沉淀物的增多 , 必将导致伺服阀堵 塞、 卡涩现象的发生。控制酸值的增加 , 及时清除水 解产 物是控制凝胶 沉淀物大量生 成的一个重要手 段。目前国内外电厂采用硅藻土替代品 , 例如 :离子 交换技术在再生过程中的使用。从上述分析中可以得到 这样结论 , 除了加强检 修工艺、 加强系统维护 , 防止人为因 素对 DE H 系统 污染外 , 还应加强对磷酸脂抗燃油的指标

12、状态监控。磷酸脂抗燃油的水解是引起酸值增加的主要因 素 , 从以下几方面分析阻止其水解的方法。首先从 其水解过程来分析 , 清除油品中的水分 , 可以有效地 抑制其水解。系统中的水分主要来源于空气及油品 自身裂解产物。阻止空气中水分进入 , 可以使用高 效空气过滤器。油品因过热因素裂解 , 这一问题在 系统设计中可以避免。其次在系统运行中 , 应定期采用滤油设备对油 品进行脱水处理的措施是相当必要的 , 可以使油品 中的水分含量维持在较低的水平。一般的脱水设备 包括一个加热腔 , 并在加热腔内保持一定的真空 , 通 过增大蒸汽压力来蒸发水分 , 这些设备上直接采用油液接触式电加热棒 , 往往导

13、致棒表面磷酸脂过热。 情况严重时 , 可以在加热棒上看到大量积聚的 碳化 物。因此 , 在选用磷酸液压油的脱水设备时 , 应避免 使用带油液接触式加热棒的设备。尽可能使用不带 加热装置的滤油机。此外系统停用期间对磷酸液压油水分控制很不 利 , 特别是在冬季 , 系统停运前后的温差较大 , 油与 环境空气间会逐步达到一个平衡 , 尽管已经安 装了 空气滤芯 , 对阻止颗粒进入系统效果较好 , 但没法进 一步防止水分的进入。因此 , 系统停用时间要 尽可 能短 , 停用时进行脱水处理也是必要的措施。6 结论沙市发电厂 6号机组伺服阀的失效是由颗粒特 别是 5 m 以下 颗粒对 伺服 阀阀 芯的 冲蚀 造成的。 采用高效过滤器和增设颗粒度取样点 , 是一 项重要 的措施。所有行业标准 给定的指标 , 特别是酸值 和颗粒 污染等级指标 , 不能等指标接近或达到极限 值时再 进行处理。从系统投入运行的那一刻起 , 就 要坚持 指标状态监控的原则 , 采取有