25MW汽轮发电机速关阀卡涩原因分析及预防措施

郝彦光，李文伟，郑文明，赵士永

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

1 背景介绍

某钢铁厂水电联产项目配套一台杭州中能设计制造的C25-3.43/0.7 型抽汽凝汽式中温中压汽轮发电机组，汽轮机末端负压排汽供给海水淡化装置制备淡化水。汽轮机采用双侧对称布置式速关阀结构形式。速关阀是汽轮机的重要保护装置，尤其在机组停机或者出现故障时，要求速关阀快速关闭，以切断进入汽轮机的蒸汽，防止汽轮机出现超速导致严重的飞车事故，同时避免蒸汽持续进入导致事故扩大。按照汽轮机的行业要求，速关阀关闭时间要求不大于1 s。

2019 年汽轮机多次出现在停机时单侧或双侧速关阀无法正常关闭的情况，出现明显的卡涩现象，严重威胁机组安全，同时影响运行人员生命安全。汽轮机速关阀卡涩现象是运行过程中出现的常见的故障之一，利用停机检修机会，对速关阀进行解体检修，处理速关阀阀体、阀杆、阀碟以及油缸筒体内部的配合间隙，结合速关阀结构特点和工作原理，并结合解体情况，综合处理汽轮机速关阀的卡涩问题。

汽轮机主要参数如下。

机组型号：C25-3.43/0.7；

功率：2 110 kW；

转速:3 000 r/min；

进汽压力：3.43 MPa（绝）;

进气温度:435 ℃;

排气压力:0.03 MPa（绝）;

排气温度:68 ℃;

调节油压:0.85 MPa;

润滑油压:0.08～0.15 MPa。

2 速关阀结构及作用原理

速关阀是主蒸汽管网与汽轮机之间的主要切断机构。在运行中能实现正常启机和停机，出现事故时需要立即停机，它能在最短时间内切断进入汽轮机的蒸汽，是汽轮机的一个重要的安全装置，速关阀结构图见图1。

图1 速关阀结构图

速关阀是通过启动油和速关油控制的(见图2），开启过程在启动油作用下使活塞克服弹簧力并将其压向活塞盘（16），而由启动装置来的速关油进入活塞盘后面。速关油压力将活塞盘和活塞一起推动至试验活塞（12）的终点位置，阀门也由阀杆提升而开启。如果手动停机或危急保安装置动作，速关油压力迅速下降，弹簧力大于活塞盘后油压力，于是活塞盘和阀杆、阀碟被迅速推向关闭位置。

图2 速关控制装置油路图

3 故障现象及原因分析

3.1 故障现象

(1)第一次故障，正常停机时，左侧速关阀未动作，速关油压为0，紧急旋转启动阀（1839），在启动油压的推动下，速关阀关闭。打开左侧速关阀检查油缸部分未发现异常，更换油缸密封。开机后在线通过阀1845试验速关阀，未发现异常。

(2)第二次故障，正常停机时，左右两侧速关阀未动作，速关油压为0，紧急旋转启动阀（1839），在启动油压的推动下，速关阀关闭。打开右侧速关阀检查油缸部分未发现异常，更换油缸密封。开机后在线通过阀（1845）试验速关阀，未发现异常。

(3)第三次故障，正常停机时，左侧速关阀未动作，速关油压为0，紧急旋转启动阀（1839），在启动油压的推动下，速关阀关闭。

（4）第四次故障，正常停机时，右侧速关阀未动作，速关油压为0，紧急旋转启动阀（1839），在启动油压的推动下，速关阀关闭。

（5）第五次故障，正常停机时，左右两侧速关阀未动作，速关油压为0，紧急旋转启动阀（1839），在启动油压的推动下，速关阀关闭。

3.2 故障原因分析

在速关油压为零的情况下，速关阀多次未动作，反复检查油缸部分未发现有卡涩现像，需要在启动油压的推动下才能关闭，判断其主要原因是阀套与阀杆之间存在卡涩。卡涩原因初步分析如下：

（1）蒸汽品质不良产生的盐垢，导致阀盖套筒的内径减小和阀杆外径增大，使得阀杆与套筒之间的径向间隙减小，使阀杆无法正常关闭而产生卡涩。

（2）长期在高温条件下工作，高温蠕变会造成阀杆弯曲，使阀杆与套筒的局部径向配合间隙变小，阀杆在关闭时产生卡涩。

（3）蒸汽管道内的硬质杂物随蒸汽进入阀杆与套筒的间隙中，造成阀杆与阀套径向配合间隙减小而导致卡涩。

（4）机组长期运行后，金属部件表面形成硬质氧化皮，这些氧化皮卡在速关阀的阀杆与套筒之间的间隙中，造成阀杆动作卡涩。

（5）在润滑油调速系统方式中，调速油与轴承润滑油为共用一个油箱，而轴承与汽封体距离较近，汽封体易产生漏汽而沿油挡进入轴承箱中，使得油中进水而导致油质出现劣化现象，产生油泥等杂质堵塞锈蚀活塞盘，导致速关阀关闭时阀杆与活塞盘动作阻力增大，使得速关阀产生卡涩现象。

（6）速关阀关闭时，速关油压为0 MPa，依靠速关弹簧的压缩力将阀杆推至关闭位置，速关阀的关闭时间要求小于1 s，所以要求弹簧的刚度比较大，弹簧压缩力要远大于阀杆动作的摩擦阻力，才能实现阀门的快速关闭，如果弹簧使用时间过长，长期浸泡在调速油中，而调速油与润滑油共用一个油箱，会存在一定量的水分，对弹簧产生锈蚀，这样会导致弹簧刚度降低而失效，无法克服阀杆的摩擦阻力时，阀门关闭就会出现卡涩现象。

4 速关阀解体检查

2020 年4 月机组进行大修，利用检修机会对该机组的速关阀进行解体检查，发现速关阀的阀杆和套筒存在大量的氧化皮，同时活塞盘与油缸之间的空腔内部存在金属杂质和油泥等杂物，活塞盘外部存在大量的锈蚀，增加速关阀关闭时活塞盘与阀杆的动作阻力，使得速关阀动作异常出现卡涩现象，具体情况如下：

（1）速关阀油缸壳体与活塞盘配合面的位置存在大量油泥和铁锈等杂质，混在油缸内部调节油中，靠近活塞盘与油缸壳体的径向密封面处，易导致增加速关阀关闭时活塞盘动作的摩擦阻力，也就是增加阀杆动作的摩擦阻力；活塞盘外圆处存在严重的锈蚀现象，也会影响速关阀关闭时活塞盘和阀杆的动作阻力。

（2）活塞盘与油缸壳体的空腔内存在螺钉等金属杂质，阀杆动作时会增大活塞盘的动作阻力，影响速关阀的正常关闭。

（3）速关阀解体后，检查油缸缸筒内部的速关弹簧，测量弹簧的自由长度与设计值进行比较，无异常，然后对弹簧进行一定量的压缩测量其刚度，无异常，说明弹簧正常。

（4）拆解速关阀的阀体，发现速关阀的阀杆表面产生大量的氧化皮，缩小了与套筒的径向间隙，同时还存在一定的锈蚀现象，在阀杆上局部存在光亮的划痕，说明阀杆与套筒存在较大的摩擦，增加了阀杆动作的阻力。

拆解速关阀的阀杆与套筒，发现套筒内部存在大量的氧化皮，使得套筒内径减小，缩小了套筒与阀杆的径向间隙。

速关阀阀杆解体后，测量阀杆的弯曲度，发现阀杆的光亮划痕处的弯曲度最大达到0.09 mm，超出设计值0.05 mm 的要求，阀杆弯曲后导致关闭时与套筒产生较大的摩擦阻力。

5 处理措施

通过对速关阀阀杆与套筒的解体，针对发现的问题进行分析，速关阀关闭卡涩的主要原因在于套筒与阀杆配合表面存在大量的氧化皮，使得径向间隙减小，增大了阀杆动作的摩擦阻力；同时阀杆存在一定的弯曲度，加剧了阀杆动作的摩擦阻力，使得阀杆关闭时出现严重的卡涩问题；因阀杆与活塞盘为刚性连接，在速关阀关闭时，两者同时一起动作，对于较差的油质、油缸壳体内部和活塞盘的锈蚀、金属杂质等问题，对阀杆卡涩问题起辅助作用，利用检修机会对速关阀解体后出现的问题进行处理，采取以下具体措施：

（1）清理油缸壳体内部的油质和金属杂质，对油缸壳体和活塞盘的锈蚀位置进行打磨，去除金属铁锈，确保活塞盘动作时与油缸壳体内壁无机械摩擦力。

（2）速关阀的阀杆表面进行打磨处理，通过砂纸处理阀杆表面的氧化皮，直至阀杆表面出现金属光泽，同时对套筒内壁也进行氧化皮打磨处理，并测量阀杆与套筒的径向间隙，直至满足设计要求；对于阀杆的弯曲度超标问题，因检修时间较短，无法在有限的时间内加工制造新的阀杆，鉴于弯曲度超标幅度有限，暂定仍然使用原阀杆，但可以通过速关阀静态调整试验检测阀杆弯曲对卡涩问题的影响程度。

将速关阀阀杆与套筒处理后， 复装速关阀，并进行静态调整试验，将速关阀与试验台以及调速控制装置进行管道连接，通过启动装置来控制速关油和启动油的油压，进行速关阀开启和关闭试验，检验速关阀的动作情况，经过检修处理后，速关阀开启和关闭动作均正常，虽然阀杆弯曲度超标未影响阀杆卡涩问题，但后续再找机会更换该阀杆。

6 预防措施

(1)加强机组蒸汽品质的监测，提高蒸汽品质，防止产生速关阀内部部件积盐结垢出现卡涩现象。

(2)机组每次大修时应打开速关阀阀套与阀杆清理氧化皮，并对阀杆的弯曲度进行检测。

(3)速关阀应每周进行阀杆活动试验，检测阀杆活动是否灵活自如，若存在活动不畅或者卡涩现象，应立即进行停机检修处理。

(4)定期检查汽轮机轴封的漏汽情况，如发现漏汽应采取适当措施，防止蒸汽进入轴承箱中，避免油中进水；同时每月应加强对调速油进行颗粒度与水分监测，配置有脱水滤油功能的加强滤油，以去除油中水分和较大的颗粒，防止速关阀活塞盘与油缸内壁出现堵塞锈蚀问题。