某厂二次再热机组汽门活动试验总结及探讨

胡中强

中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院

0 引言

随着我国电力工业的飞速发展，国内1 000 MW甚至更大容量的机组越来越多，包含二次再热等先进技术的应用也越来越广泛，其中以上海汽轮机厂生产的1 000 MW 容量、二次再热、超超临界机组为代表。虽然目前国内已投产或在建的该类型汽轮机已不少，但就整个占比来说，数量仍然较为稀少。且很多机组运行时间短，与其配套的设备选项、参数匹配等方面还处于摸索阶段，许多细节存在着值得我们思考和重视的问题，其中就包括汽轮机的汽门活动试验。

1 汽门活动试验

对汽轮发电机组而言，最可怕的事故之一就是机组超速。而对汽轮机而言，由于其唯一的动力源是来自锅炉的高温高压蒸汽，故控制进入汽轮机的高温高压蒸汽流量是防止机组超速的关键，而控制设备就是汽轮机的各个汽阀。为此，为了防止汽轮机超速事故的发生，设备制造企业和发电运行企业都针对汽阀制订了各种防范措施和相关规定。国家能源局2014 年发布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中就明确指出了应坚持按规程要求进行包括阀门活动试验在内的多项测试或试验工作，这些测试或试验工作的最终目的就是确保汽阀在机组发生异常状态时可迅速、有效、严密的关闭，切断汽轮机进汽，确保汽轮机转速不会发生异常飞升。但由于受限于机组运行状态，尤其是长周期运行的机组，无法定期开展在线汽门关闭时间测试、汽门严密性试验等工作，仅有汽门活动试验可以在线进行，因此，汽门活动试验在防止机组超速事故工作中起到了不可替代的作用[1]。

2 某厂机组汽门活动试验工作总结

2.1 设备概况

某厂为该发电集团首台1 000 MW 容量、二次再热、超超临界机组。机组的锅炉采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造的超超临界压力、HG-2764/33．5/605/623/623-YM2 二 次 再 热、变 压 运行、带内置式再循环泵启动系统的单炉膛双切圆直流π 型锅炉，该型号是哈尔滨锅炉厂的首台。汽轮机为上海电气集团股份有限公司制造的，型号为N1000-31/600/620/620 的超超临界、二次中间再热、五缸四排汽、双背压凝汽式汽轮机，给水泵汽轮机设有独立的凝汽器。该型号汽轮机与国内已投产的同类型机组所用汽轮机为同型号产品。

机组旁路系统为室内布置，采用三级串联方式，共设有1 个45% BMCR 的高压旁路阀、2 个共50%容量的中压旁路阀和2 个共50%容量的低压旁路阀。

汽轮机设置两个超高压、两个高压及两个中压联合汽门。主汽门和调门放置在共用的阀体内，但具有各自的执行机构，联合汽门布置在汽缸两侧。机组不设调节级，采用切向进汽和全周进汽两种进汽方式。

2.2 自动汽阀阀门试验ATT 简述

机组的汽门活动试验又称为自动汽阀阀门试验（ATT 试验），设计上为全过程全自动，即运行人员仅需点击控制画面中的试验开始按钮，其控制程序会自动进行试验[2]。试验共分八组，简单描述试验过程就是目标侧阀门会成组自动动作，试验过程中目标侧汽阀或调阀会始终保持其中一个关闭，另一个完成试验动作，交替进行，部分顺控步骤见图1。

图1 ATT 试验部分顺控步骤

该试验意味着在试验过程中汽轮机始终处于单侧进汽状态，表明汽轮机本体在设计过程中已充分考虑到该试验工况，即汽轮机允许在单侧进汽状态下维持运行。

2.3 试验异常及处理

该机组在基建调试阶段，调试人员发现ATT 试验存在异常，采用常规试验方法无法正常进行。在以往同类型试验中，最常见的问题是DEH 系统中的防卡涩逻辑判断出错或由于EH 油质较差而导致伺服阀发生卡涩，最终导致试验失败，为此，该工程在试验前已根据上述问题修改了相应的逻辑，并确保油质的合格。但是，由于该机组的锅炉设计为国内首台，锅炉汽水系统和机炉间管路布局在设计上与传统设计存在一定差别，其中之一就是锅炉高压再热器和低压再热器区域均未设计混合联合管路，如图2 和图3 所示。若采用传统方式进行ATT 试验，锅炉存在单侧干烧和憋压等风险。

经过设计单位和调试单位的核算，在设计和选型阶段，该机组旁路系统虽然设计为1 个45% BMCR 高压旁路阀、2个共50%容量中压旁路阀及2个共50%容量低压旁路阀，但其冗余量较大，最大安全容量为60%以下负荷。据此，最终确定了初步的试验方案，即试验改为调整机组负荷控制在50%左右进行，其超高压缸汽阀仍采用常规方式进行ATT试验，而高压缸汽阀和中压缸汽阀采用开启汽轮机旁路阀方式实现ATT 试验。试验按组进行，每次进行1 个单侧汽机阀门的ATT 试验，如做高压缸进汽阀ATT 试验时，在汽门关闭时，同步开启该侧中压旁路阀；做中压缸进汽阀ATT 试验时，在汽门关闭时，同步开启该侧低压旁路阀。汽机进汽阀重新开启前，控制旁路阀开度，跟踪旁路阀后压力，使其保持另一侧管道压力相同。

试验过程中，在滑压控制机组负荷维持在50%左右后，尽量降低机组参数，随后手动逐渐开启各旁路阀门，同时严格监视汽动给水泵等设备运行状态，待机组基本稳定后，点击ATT 试验按钮，试验顺利完成。

图2 高压再热器示意图

图3 低压再热器示意图

3 总结与探讨

汽阀活动试验作为机组运行过程中唯一可以在线开展的汽阀试验，对确保机组防超速事故的发生有着重大的意义，任何一台机组在长周期运行过程中都应坚持定期开展该试验。该项目所采用的汽轮机目前国内已投产数量较少，配套的锅炉也是国内首台，因此，调试过程中暴露出了很多问题，尤其是在交叉设备的专业设计与选型上有很多值得反思之处。

该机组的汽阀活动试验存在两个严重的问题：一是在设计阶段没有充分考虑主设备的交叉配合，导致ATT 试验无法正常进行。虽然目前可以采用旁路系统配合调整的方法开展，但其试验负荷和参数明显受限，且频繁开启旁路门配合ATT 试验很容易导致旁路阀门因反复冲刷而内漏，进而导致机组在长周期运行中经济性指标下降，机组运行的经济性和安全性发生明显的冲突。二是在设计和选型阶段仅考虑汽阀全行程活动试验，而未考虑汽阀的部分行程活动试验，例如该机组，由于其控制系统的高度集成化和自动化的特点，后期需要在DEH 系统中新增相应的控制逻辑并加以验证，才能开展汽阀部分行程活动试验。此外，部分行程试验中，汽阀最小开度和动作顺序仍有待验证。

调试是对一台机组设计、选型、施工和运行的验证，调试的总结也是对其全过程的反思与总结，该机组所暴露出来的问题在国内较为罕见，但通过改善和改进也得到了解决。