汽轮机主汽阀、调节阀常见故障分析和研究

詹雪莲

摘 要： 主汽阀、调节阀是汽轮发电机组的重要部件 ，也是故障常发部件。文章根据在电力安装实践工作中的经验及查找的一些资料 ，分析了主汽阀、调节阀几种常见故障产生的原因、危害 ，并提出了一些防治方法。

关键词： 汽轮机；主汽阀；调节阀；故障

0 引 言

汽轮机的启动、停机和功率的变化，是通过调节保安系统调节各汽门的开大或关小，从而改变进入汽轮机的蒸汽流量或蒸汽参数来实现的。汽阀工作的正常与否直接影响到机组的安全经济运行。随着汽轮发电机组单机容量不断上升，对调节系统的快速性、稳定性提出了更高的要求。现代大功率汽轮机采取了带减压阀的结构，大大减少阀门所需的提升力。提升力的减少却为阀门的稳定性带来了新的问题。由于主汽阀、调节阀故障而引发的超速、负荷不稳定等事故时有发生。要从根本上解决这些问题，除了提高和改善阀门的性能以外，更重要的是研究故障产生的原因，做好阀门的故障预测与诊断，发现故障源并及时处理，杜绝事故的扩大。

1 汽轮机主汽阀、调节阀常见故障分析

根据多年的电厂安装经验，主汽阀、调节阀常发生的故障有：阀杆卡涩、阀杆断裂、阀座松动等原因，以下针对这些故障进行分析：

1.1 阀杆卡涩

阀杆卡涩是火电厂常见故障之一，阀杆卡涩导致阀杆卡死将使阀门不能关闭，在某电厂曾出现过汽轮机由于调节阀阀杆卡涩在机组甩负荷时发生超速，其它电厂由于阀杆卡涩而引起的启机阶段转速不稳定，无法并网，并网工况下负荷不稳定的故障也时有发生，超高压大功率汽轮机某些部件处于高温条件下长期运行，这些部件表面容易产生一种氧化层，如果不及时清理这种氧化层，阀杆将严重结垢，导致阀杆卡涩。

1.2 阀杆断裂

阀杆变形导致阀座与阀芯相互摩擦，产生应力，应力过于集中会造成阀杆断裂。另外还有一些其它原因。某电厂调节阀阀杆在运行中发生断裂，断裂位置在排气孔处。断口分析表明，阀杆的断裂性质是过载导致的延性断裂，材质理化检验结果表明阀杆的强度和硬度都低于技术条件要求，材质的纯净度不高，阀杆的结构设计以及机械加工上的缺陷是阀杆断裂的最主要原因。按照调节阀阀杆的设计要求，阀杆上的定位销孔的位置应位于自阀杆端部螺纹长度的约四分之一处，1#调节阀杆上定位销孔的位置符合设计要求，在定位销孔处未出现开裂，2#和3#调节阀杆的定位销孔的位置都靠近阀杆螺纹上部的端面，都不符合设计要求，在2#和3#调节阀杆的定位销孔都出现开裂，导致阀杆多处发生断裂。阀杆的断口分析表明阀杆的断裂性质是疲劳断裂，裂纹自螺纹表面萌生，向内部扩展。设计上要求阀杆氮化时对螺纹以上区域应做好防护，防止氮化，阀杆的材质检验结果表明，阀杆端部的大面积及螺纹的局部有氮化层，表明阀杆在氮化过程中未能对螺纹进行有效的防护，致使阀杆端部及螺纹局部被氮化，在氮化组织中形成显微裂纹，增加了螺纹的脆性，导致螺纹在运行中出现局部剥落现象，形成偏载，进一步加剧了螺纹处的应力集中，最终导致阀杆疲劳断裂。1#、2#和3#调节阀杆的断裂性质是疲劳断裂，材质都符合B/HJ479-2006的规定。阀杆在做氮化处理时未对螺纹进行有效防护，致使阀杆端部及螺纹局部被氮化，这是阀杆发生疲劳断裂的主要原因。建议今后调节阀杆氮化时严格按照设计要求做好防护，防止螺纹被氮化。

1.3 阀座松动

高压主汽阀是汽轮机进汽的总阀门。汽轮机正常运行时，主汽阀全开，汽轮机停机时，主汽阀关闭。其主要功能是，运行中汽轮机的任一遮断保护装置动作时，主汽阀应能快速关闭，实现停机。若其中的阀碟与阀座的接触面存在间隙，则会带来高温高压气体的泄漏，影响机组的停机动作，下面就高压调节阀阀座松动的原因和处理方案做一下分析研究。

2 阀座松动原因

高调阀阀座松动是共性问题，某电厂在2008年底1号机大修时检查阀座松动，对其割除返厂处理，当时处理工艺为将过盈间隙由0.22mm放大到0.28mm，对阀座边缘焊接固定。阀座二次松动原因为制造厂对引进型技术消化不良，安装工艺达不到，在机组启停及变工况过程中，阀座在受热状态下扩散器过盈量减少导致松动。机组运行期间，阀座在高温下产生变形，阀座的过盈量逐渐变小甚至消失，是导致阀座松动的主要原因。结构设计上，原阀座设计过短，与阀体之间接触面积偏小，导致过盈力偏小。阀体母材材质（10315AP，相当于ZG15Cr1Mo1V）高温力学性能余量过小，高温下长期运行过程中产生塑性变形，导致阀壳与阀座之间的过盈配合失效，也是阀座产生松动的原因之一。

3 阀座松动处理方案

2009年底起对阀座的材质和结构进行改进，阀座材质由10325PJ（12Cr2Mo）变更为X10CrMoVNb9-1（相当于P91材质），阀座结合处长度增加30mm，阀座配合紧力上限由0.23mm增大至0.28mm。考虑到高联门已经割除1次，对3号、4号高调阀阀座进行现场更换。首先采用钻削方案将销子拔出，然后制作专用工具用千斤顶将旧阀座呈向上拉的态势。在旧阀座底部加装密封板，注入液氮将其快速冷却，消除过盈量后将阀座拔出，用镗削机将高调阀基孔按照新型阀座尺寸加工至椭圆度、锥度、粗糙度合格。新阀座在液氮中缓冷后浸泡50min，快速将新阀座放入阀坑基孔内。工装压板压紧至阀座恢复常温，加工销孔、检验密封线，缝焊螺塞，最后检查管道无异物。机组修后高调阀阀序保持为1-2-3-4，机组启动过程中尽可能减小阀座与阀体的温差，保证暖机充分。

4 结论

汽輪机主汽阀、调节阀是汽轮机调节系统的重要部件，也是事故多发部件，为了降低事故发生率、减少事故的损失，就必须做好故障分析及诊断工作。本文综合分析了汽轮机主汽阀、调节阀几种常见的故障，并做了分析，提出了可行的建议及方法，希望在主汽阀、调节阀遇到故障问题时能为大家提供一些参考意见，也为主汽阀、调节阀能够长期安全稳定运行提供一些帮助。

参考文献

[1]邵和春. 汽轮机运行[M]. 中国电力出版社， 2006.

[2]吴季兰. 汽轮机设备及系统[M]. 中国电力出版社， 2006.

[3]于达仁. 汽轮机调节系统卡涩故障机理及检测方法研究[D]. 哈尔滨工业大学， 1996.