CN110672315A - 一种基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法。合理的调节阀阀杆和阀杆衬套之间间隙可以保证阀门正确动作，间隙过大会影响机组的经济性，间隙过小会使阀门卡涩甚至抱死，引起机组负荷突降或者超速保护动作。本发明利用机组现有调节阀蒸汽泄漏管路上的孔板和压力测点测量计算调节阀阀杆漏汽量，结合阀门检修维护的情况，根据调节阀阀杆蒸汽漏汽量来预测调节阀阀杆和阀杆衬套之间间隙的变化情况，从而确定调节阀状态，为阀门检修和维护提供依据。本发明利用现有压力和温度测点，节省了设备和维护成本。

Description

一种基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法

技术领域

本发明涉及电厂调节阀状态评估领域，特别是一种基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法。

背景技术

汽轮机调节阀CV(Control Valve)的阀杆安装在阀杆衬套中，阀杆衬套通过冷缩工艺收缩安装在阀体中。在正常运行时，调节阀都有一定的开度，阀碟离上下阀座都有一定距离，此时蒸汽就会通过阀杆与阀杆衬套之间的间隙(此间隙一般很小，一般小于0.5mm)泄漏，大部分电厂将这部分漏汽引至热再管道，另有一负压的蒸汽密封管，用来防止阀杆漏汽泄漏到大气中，如图1所示。这部分间隙对于机组的正常运行至关重要，合理的间隙可以保证阀门正确动作，间隙过大会影响机组的经济性，间隙过小会使阀门卡涩甚至抱死，引起机组负荷突降或者超速保护动作。在实际的运行过程中，阀门长时间工作在高温高压的恶劣环境中，AGC和一次调频等都会使调节阀频繁动作，部件表面氧化物的堆积、长期运行导致的磨损以及阀杆和阀杆衬套的轻微变形都会改变阀杆和阀杆衬套之间的间隙。

间隙的改变会直接反映在阀杆漏汽量上，通过测量阀杆漏气量可以获知阀杆和阀杆衬套之间的间隙情况。一般情况下不考虑主汽阀的阀杆漏汽，因为在正常运行时，主汽阀的阀碟是紧密贴合上部阀座的密封面，阀杆漏汽基本可以忽略不计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法，其利用现有压力和温度测点，以节省设备和维护成本；根据调节阀阀杆漏汽量预测间隙的变化情况，以确定调节阀状态。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法，其利用机组调节阀蒸汽泄漏管路上的现有孔板和压力测点测量并计算调节阀阀杆漏汽量，结合阀门检修维护的情况，根据调节阀阀杆漏汽量预测调节阀阀杆和阀杆衬套之间间隙的变化情况，从而确定调节阀状态，为阀门检修和维护提供依据。

国内大部分机组在基建调试完成后会进行机组热力性能验收试验，该试验中会计算汽轮机调节阀阀杆漏汽，所以一般会在相应的调节阀阀杆泄漏管线上安装孔板，并且会在孔板上下游安装压力测点，试验时接上压力变送器可以测量孔板压降和孔板两侧的绝对压力。当性能试验结束，机组投入生产运行后这部分孔板和压力测点就不使用了，要等到下一次性能试验才会使用，中间很长一段时间会空置起来。本发明利用调节阀泄漏管路上现有的孔板和压力接头测量计算泄漏流量(即漏汽量)以确定阀门的状态，特别是阀杆和阀杆衬套之间的间隙情况。

进一步地，所述调节阀阀杆漏汽量的计算公式如下：

式中：q_m为质量流量，kg/s；C为流量系数；∈₁为基于上游压力的流动介质膨胀系数；d为流动条件下孔口直径，m；Δp为差压，Pa；ρ_f1为上游条件下流动流体的密度，kg/m³；β为直径比，β＝d/D，D为上游管道内径，m。

进一步地，需要注意的是由于长时间未使用，这部分孔板和压力测点有可能会存在腐蚀、锈蚀以及污物堵塞等问题。现有的孔板和压力测点投入使用之前需要检查孔板和压力测点的状态，如果发现有损坏或者腐蚀情况，则需要更换新的孔板和压力测点。

进一步地，采用测量装置对调节阀蒸汽泄漏管路上的现有孔板和压力测点进行调节阀阀杆蒸汽的测量，该测量装置包括两个多通蒸汽电动球阀、一个差压变送器和一个绝对压力变送器，通过多通蒸汽电动球阀定期转换依次测量各个调节阀的数据，一个多通蒸汽电动球阀用于测量孔板上游的所有压力测点处压力，另一个多通蒸汽电动球阀用于测量孔板上下游的差压；通过差压变送器和绝对压力变送器获取各个调节阀泄漏管路上的压力信息，阀杆漏汽温度取自热再管道上的热电偶。

进一步地，所有监测数据统一上传到电厂数据库，进行在线查看分析，实时监控阀杆漏汽情况。

进一步地，为确定调节阀阀杆漏汽量的变化是由调节阀本身状态的变化引起，在电厂数据库中读取阀位、负荷、主汽压力和温度，再利用K-MEANS聚类算法处理数据，筛选归类相同阀位、相同负荷、相同主汽压力和相同温度的数据，使阀杆漏汽量的变化发生在相同工况下。

进一步地，绘制调节阀阀杆漏汽量相对于时间的趋势图。

本发明具有的有益效果如下：本发明根据调节阀阀杆漏汽量预测调节阀阀杆和阀杆衬套之间间隙的变化情况，从而确定调节阀状态，为阀门检修和维护提供了依据。本发明利用现有压力和温度测点，节省了设备和维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例中调节阀阀杆漏汽示意图；

图2为本发明实施例中调节阀阀杆漏汽的监测系统图；

图3为本发明实施例中调节阀阀杆漏汽数据采集分析流程图；

图4为本发明实施例中某电厂调节阀阀杆漏汽趋势图；

图1中，1-阀杆，2-阀杆衬套，3-孔板，4-压力测点。

具体实施方式

下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域的技术人员应该明了，所述的实施例仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例

本实施例提供一种基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法。

国内大部分机组在基建调试完成后会进行机组热力性能验收试验，该试验中会计算汽轮机调节阀阀杆漏汽的，所以一般会在相应的调节阀阀杆泄漏管线上安装孔板，并且会在孔板上下游安装压力测点，试验时接上压力变送器可以测量孔板压降和孔板两侧的绝对压力。当性能试验结束，机组投入生产运行后这部分孔板和压力测点就不使用了，要等到下一次性能试验才会使用，中间很长一段时间会空置起来。本发明可以利用调节阀泄漏管路上现有的孔板和压力接头测量计算漏汽量，以确定阀门的状态，特别是阀杆和阀杆衬套之间的间隙情况，如图1所示。需要注意的是由于长时间未使用，这部分孔板和压力测点有可能会存在腐蚀、锈蚀以及污物堵塞等问题。投入使用之前需要检查孔板和压力测点的状态，如果发现有损坏或者腐蚀情况则需要更换新的孔板和压力测点。

根据ASME MFC-3M-1989中描述的，孔板、喷嘴和文丘里管中的流体流量测量方法，调节阀阀杆漏汽量计算公式如下：

式中：q_m为质量流量(kg/s)，C为流量系数(无量纲)，∈₁为基于上游压力的流动介质膨胀系数(无量纲)，d为流动条件下孔口直径(m)，Δp为差压(Pa)，ρ_f1为上游条件下流动流体的密度(kg/m³-可从蒸汽表中获得)，β为直径比，(β(无量纲)＝d/D，D以m为单位＝上游管道内径，d＝孔口直径)。

利用现有调节阀蒸汽泄漏管路上的孔板和压力测点测量调节阀阀杆蒸汽的装置如图2所示，该测量装置应用于一台配备4个调节阀的煤电机组。如图2所示，该测量装置采用了两个高温高压五通蒸汽电动球阀，通过该五通球阀定期转换可以依次测量CV1至CV4的数据，因此只需要一个差压变送器和一个绝对压力变送器就能获取四个调节阀泄漏管路上的压力信息，阀杆漏汽温度取自热再管道上的热电偶。所有监测数据统一上传到电厂数据库，可以在线查看分析，实时监控阀杆漏汽情况。这种布置方式利用现有压力和温度测点，节省了设备和维护成本，并且对机组正常运行基本没有影响。

影响调节阀阀杆漏汽量的影响因素很多，阀门运行方式、滑压曲线等也会影响阀杆漏汽量，为了确定调节阀阀杆漏汽量的变化是由调节阀本身状态的变化引起的，在数据库中读取阀位，负荷，主汽压力、温度等数据，再利用K-MEANS聚类算法处理数据，筛选归类相同阀位，相同负荷，相同主汽压力、温度的数据，使阀杆漏汽量的变化是发生在相同工况下的。阀杆漏汽数据采集分析流程图如图3所示。

考虑到阀门部件的磨损和氧化是一个缓慢的过程，所以需要足够长时间的数据来绘制调节阀阀杆漏汽趋势图。以某煤电机组为例，该机组有4个调节阀，机组日常运行时采用顺序阀方式，阀序为CV1/CV4—CV2—CV3。调取该机组自2014年10月28日至2018年7月28日期间相同负荷点的数据，以3个月为一个时间间隔，取连续3个月有效数据的平均值计算阀杆漏汽量，绘制调节阀阀杆漏汽曲线，如图4所示。机组正常运行时CV1和CV4全开，CV2和CV3有一定开度，而且CV2开度比CV3开度大，故CV1和CV4的阀碟正常运行时是紧贴阀门上部阀座的，CV2相较CV3离上部阀座距离更短。由图4可知，随着时间的推移，4个阀门的阀杆漏汽量均呈增加趋势，在2017年8月停机检修时更换了新的阀杆衬套，之后阀杆漏汽量明显下降，9个月以后阀杆漏汽量又呈增加趋势。另外值得注意的一点是CV1与CV4在2014年10月时的阀杆漏汽量不一致，而在2017年重新安装阀杆衬套之后阀杆漏汽量基本一致，这可能和阀杆行程的重新定位调校有关，在2014年的时候CV1在100％开度时候承受的油动机力明显比CV4在100％开度承受的小，导致CV1在全开时阀碟与上部阀座密封面贴的不够紧，漏汽量比CV4较多，2017年重新调校阀杆行程后，CV1与CV4在100％开度时承受的油动机力基本一致，阀碟与上部阀座密封面的密封效果基本一致，从而漏汽量相差不大。

该机组阀杆漏汽反映的调节阀阀杆和阀杆衬套的磨损，还有另一种情况即氧化物的堆积，氧化物的堆积有可能是机组给水的水处理没有达标，导致蒸汽里面含氧量或者其他元素超标，长时间运行就会导致阀杆和阀杆衬套表面氧化，使阀杆和阀杆衬套间隙变小，最终表现为阀杆漏汽量的减小。这种情况比磨损更加危险，因为随着氧化物的不断堆积，阀杆和阀杆衬套间隙会不断变小，随之可能会发生阀杆粘黏，严重时会导致阀门抱死，造成机组停机。所以一旦发现阀杆漏汽量持续下降的情况，必须马上采取措施，包括检查水质，加强监视等。

由于各种生产厂家和具体机组运行的工况都不一样，所以很难确定特定阀杆漏汽量与阀门状态之间的定量关系。电厂可以结合正常的阀门检修情况，在经过几个检修维护周期的数据积累后可以针对特定机组特定阀门进行根据阀杆漏汽量预测阀门状态的工作，并在此基础上设置阀门大修时间间隔，提前购买更换部件。

上述实施方式已经对本发明的一些细节进行了描述，但是不能理解为对本发明的限制，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对其进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法，其特征在于，利用机组调节阀蒸汽泄漏管路上的现有孔板和压力测点测量并计算调节阀阀杆漏汽量，结合阀门检修维护的情况，根据调节阀阀杆漏汽量预测调节阀阀杆和阀杆衬套之间间隙的变化情况，从而确定调节阀状态。

2.根据权利要求1所述的基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法，其特征在于，所述调节阀阀杆漏汽量的计算公式如下：

式中：q_m为质量流量，kg/s；C为流量系数；∈₁为基于上游压力的流动介质膨胀系数；d为流动条件下孔口直径，m；Δp为差压，Pa；ρ_f1为上游条件下流动流体的密度，kg/m³；β为直径比，β＝d/D，D为上游管道内径，m。

3.根据权利要求1或2所述的基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法，其特征在于，现有的孔板和压力测点投入使用之前需要检查孔板和压力测点的状态，如果发现有损坏或者腐蚀情况，则需要更换新的孔板和压力测点。

4.根据权利要求1或2所述的基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法，其特征在于，采用测量装置对调节阀蒸汽泄漏管路上的现有孔板和压力测点进行调节阀阀杆漏汽量的测量，该测量装置包括两个多通蒸汽电动球阀、一个差压变送器和一个绝对压力变送器，通过多通蒸汽电动球阀定期转换依次测量各个调节阀的数据，一个多通蒸汽电动球阀用于测量孔板上游的所有压力测点处压力，另一个多通蒸汽电动球阀用于测量孔板上下游的差压；通过差压变送器和绝对压力变送器获取各个调节阀泄漏管路上的压力信息，阀杆漏汽温度取自热再管道上的热电偶。

5.根据权利要求4所述的基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法，其特征在于，所有监测数据统一上传到电厂数据库，进行在线查看分析，实时监控阀杆漏汽情况。

6.根据权利要求4所述的基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法，其特征在于，为确定调节阀阀杆漏汽量的变化是由调节阀本身状态的变化引起，在电厂数据库中读取阀位、负荷、主汽压力和温度，再利用K-MEANS聚类算法处理数据，筛选归类相同阀位、相同负荷、相同主汽压力和相同温度的数据，使阀杆漏汽量的变化发生在相同工况下。

7.根据权利要求6所述的基于阀杆漏汽的汽轮机调节阀状态评估方法，其特征在于，绘制时间与调节阀阀杆漏汽量的趋势图。

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