728 MW汽轮机调门卡涩原因分析与处理措施

刘 剑

（中核核电运行管理有限公司运行五处，浙江 海盐314300）

0 引言

秦山核电三厂（以下简称“秦三厂”）两台机组汽轮发电机型号为TC4F-52，为单轴、三缸、四排汽、再热凝器冲动式。每台汽轮发电机有主汽门、调门、再热主汽门、再热调门各4个，共16个汽门，其中，有伺服调节功能的有7个，分别是：2#主汽门（简称MSV）、4个调门（CV）、再热调门（ICV）C、再热调门D。 在执行调门全行程动作试验期间，两台机组多次发生调门卡涩现象。其中，1号机组4#调门1次，2号机组3#调门4次。一个调门卡涩失去调节作用后，其他调门也将不在正常的控制位，汽轮机功率控制将受到严重影响。

1 调门控制原理

汽轮机控制油（简称EHC油）分为动力油和保护油两部分。动力油进入主汽门、调门、再热主汽门、再热调门等设备的油动机活塞，和阀门机构的弹簧配合，开启和控制阀门；保护油进入油动机的控制阀，控制动力油进出油动机的活塞，实现阀门启闭，紧急情况下，保护油快速泄压，切断动力油供给并快速泄压，各汽门快速关闭，从而达到汽机保护的目的。秦三厂汽轮机调门控制回路由伺服阀、快关电磁阀和遮断阀3个主要设备组成。保护油经快关电磁阀进入遮断阀阀腔，推动遮断阀阀芯克服弹簧力使其打开；动力油经打开的遮断阀，通过伺服阀按照控制信号比例调压后进入油动机调节调门开度。调门控制原理如图1所示。

图1 调门控制原理图

伺服阀是由力矩马达、两级液压放大和机械反馈系统等组成。当线圈中有电流通过，产生一磁场，在其两侧磁铁的作用下，产生一旋转力矩，使挡板转动。挡板转动使两只喷嘴前的油压不相等，则滑阀两端的油压也不相等，差压导致滑阀移动,使滑阀凸肩控制的油口开大或关小，并控制通往油动机活塞下腔的高压油，最终控制调门开度。伺服阀工作原理如图2所示。

图2 伺服阀工作原理图

在进行调门试验时，操纵员按下“CV TEST”按钮后，伺服阀减小进入油动机的动力油油压，调门逐步关小；当调门开度小于10%后，快关电磁阀动作，对遮断阀阀腔泄压，遮断阀关闭，进入油动机的动力油被截断并泄压，调门关闭；松开“CV TEST”按钮后，快关电磁阀复位、遮断阀复位、伺服阀复位，进入油动机油压建立，调门打开。

2 原因分析与改进措施

2.1 原因分析

从调门的控制原理分析，只要快关电磁阀、遮断阀或伺服阀中的任意一个设备故障都可能导致调门失去调节功能。快关电磁阀的开关状态有明显的指示，如果是快关电磁阀动作不正常，通过目视检查可以发现，且维修人员可以使用专用工具活动阀芯以消除故障；如果是伺服阀缺陷，通过插拔伺服阀的信号接头或可消除调门卡涩缺陷，插拔无效则通过在线更换伺服阀[1]，可消除缺陷，在线更换伺服阀技术多数电厂都已熟练掌握；遮断阀既没有阀门指示，也没有快速有效的消缺方法，如果是遮断阀卡涩无法复位，只能通过铜棒敲击遮断阀有可能使遮断阀阀芯复位，敲击无效则只能停机处理。

通过以上简单的干预措施显然无法从根本上解决调门卡涩的问题。因此2018年10月2日，秦三厂2#机组小修将在2018年7月4日试验中发生卡涩的3号调门关断阀、2018年8月1日试验中发生卡涩的2号主汽门、再热调门D上的关断阀连同其上游快关电磁阀一同送到上海宝柯进行解体检查，同时也抽检了几个没有发生卡涩的关断阀和电磁阀做状态比对，以查找导致阀门出现卡涩的原因。阀门解体结果如表1所示。

表1 阀门解体检查的结果

解体检查的结果可见：3个出现卡涩的滑阀体面都有明显的被硬质颗粒拉磨、划痕，滑动配合面有明显被腐蚀、磨损和单边滑磨症状，表面粗糙度变大，增大了滑阀滑动阻力。遮断阀内驱动（小）阀芯上、快关阀内阀芯体面积存少量油泥；快关电磁阀腔内有可见的硬质颗粒及软性异物。综合判断，导致滑阀卡涩的主因是硬质颗粒杂物被冲流到滑阀内，EHC油中的少量油泥不至于导致卡涩，为促成原因。

在过去的运行经验中，出现调门卡涩故障，多数认为是油泥堵塞伺服阀的滑阀所致[2]，而这次解体检修让油质中的硬质颗粒第一次出现在我们的视线中。经分析，硬质颗粒可能来源如下：

（1）油动机、电磁阀解体检修过程中的残留；

（2）油动机进油管段连接时，螺纹丝扣对接时误入；

（3）电磁阀等复装时，外部落入；

（4）阀芯/阀腔体面长期被（酸性）腐（侵）蚀所致。

2.2 处理措施

措施一：变更改造

为了提升EHC油品，1#机组于2013年大修期间更换了EHC油，但是更换完1个月后，汽轮机主跳闸电磁阀多次发生油泥淤积引发的卡涩现象。经过西安热工院分析：EHC油长时间使用，油中会溶解一些大分子结构（如油泥），而新油、管道内残油和管道内壁附着的油泥混合会加速油泥的析出，并且随着EHC油的流动淤积在伺服阀、电磁阀等设备上。经过综合考量，2#机组EHC油没有再更换新油。而是将EHC油的硅藻土过滤器改造成树脂再生滤芯，具体表现是：（1）可以去除油泥；（2）可以降低油的酸值；（3）可以提高油的电阻率；（4）可以使油的颜色变浅。此外，为了使EHC油中的水分含量维持在较低水平，减缓磷酸酯水解、老化，为两台机组EHC油系统增加在线防水、除水装置。

措施二：工作控制

EHC油泵单元区域在汽轮机厂房内采用开放式布置。为了防止灰尘进入，秦三厂两台机组在EHC油泵单元区域都搭建了防尘棚。日常维修过程中也要加强对检修过程中异物控制，防止油动机、电磁阀等解体检修、系统开口作业时导致硬质颗粒混入油系统。

措施三：预防性维修

增加EHC油树脂滤芯更换频率等预防性维修工作的频度。制订专门的汽轮机控制油系统冲洗作业计划，加强对保护油等回路支管和转角处的冲洗力度，严格根据化学控制参数指标控制油品。

措施四：缺陷维修

机组大修期间，整体更换了16个汽门的伺服阀、遮断阀，并对更换下来的阀门进行检测，对于状态评价合格的阀门用于备件入库处理。阀门更换后，近两年内机组都没有再发生过调门卡涩故障。

3 结语

调门卡涩故障在大多数电厂中都有发生，应对这一故障的运行经验总是在不断积累，而随着设备长周期运行后的不断老化，也会有新问题出现，需要深入开展这方面的研究，不断地完善和改进，努力地去提高汽轮机设备的可靠性[3]，确保机组的安全、稳定运行。