汽轮机中调阀阀杆漏汽原因分析及处理方法

汽轮机中调阀阀杆漏汽原因分析及处理方法

刘江雨

天津蓝巢电力检修有限公司 天津市300180

摘要：当汽轮机发生甩负荷或者其它危及机组安全事故时，保护系统动作使中压主汽阀、调节汽阀及抽汽逆止阀关闭停机。如果阀门关闭不严，则不能使机组停下，将使事故扩大，甚至会发生超速使机组损坏。此外，开机时，调节汽阀漏汽则DEH系统无法对转速进行控制，会使并网也困难。调节汽阀漏汽还会增加进汽的节流损失，降低机组的经济性。若长期漏汽，除上述因素外，也会增加机组的热耗及化学水损耗，造成很大的浪费。同时，一旦阀杆传动部位被冲出沟痕，则存在着中压再热联合阀卡涩导致机组超速的隐患，必须尽快彻底消除故障。调节阀阀杆漏汽需要经过检修人员现场解体检查并分析原因，最终成功消除阀杆漏汽隐患。

关键词：调阀阀杆漏汽原因；处理方法技术；

前言：中压调节阀是电站中汽轮组的关键构成部件之一，在机组汽轮机中压缸的启动与运转过程中，中压调节阀能够控制汽轮机组整体的转速以及初始负荷数值，中压调节阀一旦出现故障，便有可能导致电厂整台机组无法正常运转。而在具体的检修过程中，有关中压调节阀阀杆的处理时间较长，不仅会影响机组整体的运行质量，同时可能延误工程工期。因此，及时且精准的故障检测与优化处理是机组稳定运行、安全生产的基础，同样也是获得广大用户信任的关键。

1、 汽轮机组中调阀阀杆结构介绍

在汽轮机中压缸入口设有两根再热蒸汽管接口上分别安装有一个中压联合汽阀，中压联合汽阀简称中联阀，它由中压主汽阀和中压调节汽阀组成。中联阀为立式结构，上部为中压主汽阀，下部为中压调节阀，二阀合用同一壳体和同一腔室，两者的阀蝶呈上下串联布置。二阀各自配有执行机构，调节阀的开启和关闭由位于中联阀侧面的油动机和弹簧操纵座通过杠杆控制；而位于中联阀上部的另一个油动机和弹簧操纵座控制中压主汽阀的开启和关闭，油动机由数字电液调节系统DEH来控制。两只中压联合汽阀布置在中压缸两侧，从再热热段来的蒸汽进入每个阀进口，经过中压主汽阀和中压调节汽阀进入中压缸。中压调节汽阀由阀杆、套筒、阀蝶、阀座、阀壳、执行机构等组成。中压调节汽阀阀芯设计有预启阀，可以减小阀门开启时所需的提升力，加上内含中压调节阀的阀芯设计，总体结构紧凑，保证了中压调节汽阀的开启或关闭不受中压调节阀开关状态的影响。阀蝶通过阀杆与传动杠杆相连，当油动机活塞上、下移动时，通过传动杠杆带动阀蝶动作。

2、 阀杆密封原理及阀杆漏汽排放方式

按照DEH控制系统设计的控制逻辑,汽轮机复位后,中压调节阀即全开;挂闸后,一条阀门100%全开的指令便通过中压调节阀的伺服回路作用于油动机活塞而带动中压调节阀,使中压调节阀的开度达到100%。当油动机活塞移动时,同时带动LVDT,将阀杆的机械位移转换为电气信号,作为负反馈信号,与计算机处理送来的指令信号相加(因两信号符号相反,实际是相减),当伺服阀的主阀回到中间位置,不再有油进入油动机,这时中压调节阀便处于100%的开度。为了防止高压蒸汽沿中压调节阀杆向外泄漏,中压调节阀在结构设计上采用1对密封面配合以减小高压蒸汽沿中压调节阀杆向外泄漏的可能性,即中压调节阀杆密封面及中压调节阀门芯上止点密封面,在该对密封面接触并起到密封作用后,阀门达到真正的全开;设置排汽腔室和排汽管路,即使有极少量蒸汽通过密封面泄漏出来,也被抽入轴封加热器。由于轴封加热器在轴封加热器风机的作用下呈(500～750)Pa的微负压,故正常运行过程中不会出现高压蒸汽沿中压调节阀杆向外泄漏的现象。

3、 汽轮机组中调阀阀杆漏汽原因

3.1 可能造成主机中压调节汽阀严密性不合格的原因

3.1.1 执行机构关闭不到位。如调门关位没定好、油动机杆卡涩、关闭器弹簧失效、拐臂与连接销卡涩等都会导致执行机构关不到位。

3.1.2 阀芯与阀座密封线接触不良。中压调节汽阀阀芯与底口密封线要求100％接触。如果阀芯或底口有被冲刷，就会出现密封线接触不良。从而导致漏汽。设计上中压调节阀的阀杆上设有锥形密封面，中压调节阀在全开位置时，阀杆锥面紧贴套筒密封面，阻止高压蒸汽从阀杆向外漏汽。而运行中中压调节阀杆漏汽，是因为中压调节阀没有完全处于全开的位置，阀杆锥面没有紧贴套筒密封面，因为机组控制中压主汽调节阀的开关为电液伺服阀，根据给定值对伺服阀进行调节，并使阀门保持在给定的位置。中压调节阀的给定位置是在机组启动前冷态下进行校验时的全开位置。机组运行中中压调节阀体被加热，阀体受热膨胀，各部件包括中压调节阀的膨胀量与传感器的膨胀量不相同，而控制中压调节阀的伺服阀仍维持冷态时的中压调节阀全开的给定位置，使热态时的中压调节阀阀杆锥面不能紧贴套筒密封面。加上机组运行管道受热膨胀产生位移，以及运行中高压蒸汽流动时产生的冲击力等对中压调节阀产生一定的推力，中压调节阀的位置发生改变，中压调节阀的阀杆产生偏斜，造成热态时的中压调节阀阀杆的整个锥面不能全部紧贴套筒密封面，进而导致阀杆部分漏汽。

3.1.3 检修质量不过关，部分配合间隙严重超标，导致漏汽量增大。

3.2 对上述漏汽原因进行分析采取对应方法处理

3.2.1 对液压油缸、电磁阀组件进行返厂清洗、维修,到货后进行回装,液压油管进行更换或吹扫,油管接口活接密封圈更换,油脂进行化验合格。启动EH油系统对油路进行检查,确认无漏油现象,对油缸、伺服阀组件进行调试,联系热控人员对液控信号进行检查,确认正常,油缸行程调整完毕,连接油缸杆与阀杆,进行阀杆行程调整整定,阀门关闭位置与做记录位置一致,阀门关闭严密。

3.2.2 对接触不良检查处理如下：

3.2.2.1 停机后对汽轮机左右两侧中压调节阀进行解体后，进行如下检修工作：（1）对中压调节阀各构件进行基础外观检查，过程中发现阀杆上方存在刮痕，同时伴有一处类似于磨损的爬行痕迹，应用着色检查技术对其进行深度检测后，发现两处外观瑕疵都不会对机组运行机制、运行质量造成影响，且除此之外并无能够导致调阀卡顿的痕迹。调阀整体清洁度良好，未发现显著大体积粉尘、颗粒等杂质，阀门内部也未发现显著异物。（2）对中压调节阀阀杆与阀盖衬套的间隙进行检测。对左右两侧中压调节阀门衬套内径进行单独测量，其中左侧阀门上衬套上端直径为100mm，下端直径为99.92mm，上下两端存有0.08mm的锥度；左侧阀门下衬套也同样存在相似的锥度问题，左侧阀门阀杆直径为99.64mm，阀杆与左侧上端衬套的间隙约为0.28mm，实际测量结果与设计数值之间存在0.08mm的误差。对右侧中压调节阀进行测量后，发现了同样的锥度问题以及测量数值小于设计数值的问题。为解决这一问题，由现场技术人员利用旋转修磨对左右两侧衬套内部进行打磨，以适当增加衬套内径，从而增大阀杆与衬套的间隙，减小衬套上下端锥度。打磨以“少量多次”为原则，过程中反复对比实际数值与设计数值。为获取更精准的测量结果，优化衬套的修整效果，现场技术人员临时制备了一根直径为99.98mm、长度在500mm左右的测试棒，实时检测打磨效果。打磨工序完成后，左侧中压调节阀门上下衬套内径为106mm以及100.07mm，阀杆与衬套间隙为0.42mm，符合设计标准。对右侧中压调节阀进行相同的操作，处理后右侧阀门上下衬套内径分别为100.07mm以及100.08mm，最小间隙同样为0.42mm。（3）检查阀杆是否存在质量问题。以肉眼检查及实际测量的方式，由技术人员将阀杆置于车床上检测是否存在弯曲、粗细不均等问题。由检查结果可知，沿轴向进行检测，阀杆各处弯曲度皆小于0.02，且各处实测数值与设计数值之间的误差不超过0.02mm，排除弯曲以及粗细不均因素。（4）对中压调节阀各组件材质进行检测，分析各组件材质是否与设计材质相同。结合资料可知，各组件设计材质分别为：阀杆（2Cr12NiMo1W1V），衬套（20Cr1Mo1V），蝶阀（12Cr2Mo1），密封环（12Cr2Mo1）。现场测量后可知，除去左右两侧中压调节阀所使用密封环的材质与设计材质存在误差外，其余各组件材质皆符合设计标准。因此，机组启动后，热态下的调阀出现了显著的膨胀，而其膨胀受到了阀套密封环的限制，进而限制了调阀整体运行，故需要及时更换密封环。现场技术人员将这一结果上报给部门领导，经审批后以最快的速度从合作工厂购置了与设计材质相同的密封环，并进行了更换。

3.2.2.2 在机组正常运行时,从阀门壳体外伸的阀杆温度远高于操纵座的温度,为了分析阀杆漏汽原因,用红外线测温仪实测了中压调节阀外伸阀杆温度及操纵座对应部位的温度。温差的存在,必然出现阀杆与操纵座热膨胀量不相等现象。由于阀杆温度高于操纵座对应部位的温度,出现阀杆相对于操纵座的增长。由于DEH发出的100%阀门开度指令是按照冷态时测量值进行的设定,在热态情况下阀杆增长导致阀门行程出现增大,中压调节阀芯上止点密封面起不到密封作用。此时若中压调节阀杆漏汽流量大于排汽腔室、排汽管路向轴封加热器排汽的能力,则出现高压蒸汽沿中压调节阀杆向外漏汽的现象。使LVDT的反馈减小,功放后“S”点的电压信号逐渐增大。将“S”点的电压信号由平衡态时(0.2～0.3)V电压逐渐增大到(0.7～0.8)V,中压调节阀继续开启,直到中压调节阀杆的密封面A与中压调节阀芯上止点的密封面A接触并密封为止,这时高压蒸汽沿中压调节阀杆向外漏汽现象也完全消失。

3.2.2.3 检查阀杆表面光滑无毛刺、锈蚀等缺陷，晃度不大于规程允许值。检查测量中压调节阀阀杆行程、阀杆与汽封套筒装配间隙，符合制造厂要求。测量中压调节阀杆汽封套筒漏气孔距套筒凸台距离，阀体上中压调节阀杆漏气管距凸台距离，核对漏汽孔与溢汽管是否对齐。打磨清理后，用红丹粉检查阀碟与阀座的密封面接触情况，接触阀线良好，圆周均匀且100%线接触。孔探检查阀杆溢汽管道畅通无堵塞，按照制造厂要求进行回装。

4、 新处理方法、技术

4.1 油动机杆与阀门阀杆连接时采用新方法，保证阀门全开时反向密封起到作用。如果中压调节阀阀杆已经漏汽，应尽快对损坏件进行更换。

4.2 如果机组处于安装阶段可直接进行以下改进：研磨阀门反向密封，使密封效果更好。阀门内件到达现场后进行压线,阀门研磨压线无断线,经三级验收合格后进行阀门的回装工作。回装前用面团将阀门内腔的杂物全部清理干净,各组件表面清理干净,阀芯罩笼表面焊渣清理干净,阀座与石墨密封圈回装并检查表面无磨损,密封均匀,然后将阀座与石墨密封圈组件回装至阀体;阀杆阀芯、罩笼回装,提升阀杆确认与罩笼无摩擦,防止阀门打不开;回装阀芯石墨密封圈,回装位置无偏斜,四周均匀;回装门盖紧固螺栓,然后将阀门关闭,通过专用拉杆和压板将阀杆往下压使得阀芯与阀座紧密接触,同时做好位置记录。将各衬套内部用旋转锉修磨，增大阀杆和衬套间的间隙，同时减小衬套上下部的锥度。为帮助衬套的修磨检查，可加工制作了一件直径99.98mm、长度500mm试棒。处理后左侧阀门上下衬套内径都为100.06～100.07mm，最小配合间隙为0.42mm。经处理后的右侧阀门上下衬套内径都为100.07～100.08mm，最小配合间隙为0.42mm。

5、 实例分析

5.1 机组运行中近几年先后出现了阀杆和阀套间隙处有漏汽声，声音尖锐。检查后发现漏汽量大，初步判断上述中压调速汽阀阀杆断裂。上述中压调速汽阀由调门油动机带动阀杆控制主阀芯控制进汽量，阀杆与阀套有0.35~0.45mm的密封间隙，阀套上有一圆环槽，槽上有4个小眼连接阀杆漏汽，阀杆漏气连接轴封加热器，将多余的蒸汽从阀杆漏汽抽走。通过对漏汽情况的分析，判断为阀杆断裂阀套异常，阀杆断裂后阀芯脱落，由于蒸汽给的反作用力使阀芯悬浮于汽室中，由于阀杆断裂部位为阀套内部，阀杆断裂后阀门在100%的开度时阀杆在阀套内部发生偏斜，蒸汽室内有部分蒸汽由阀杆与阀套间隙处漏出。当调速汽阀关闭至60%，阀杆向下移动将阀套间隙填满，多余的蒸汽与阀杆漏气抽走，阀杆处不再有蒸汽漏出。

5.2 原因分析

5.2.1 中压调速汽阀阀杆设计不合理，阀杆为空心杆。

5.2.2 阀杆漏气孔为十字交叉孔，两孔直径为Φ11mm，距离太近，在长时间的疲劳运行工况下极容易发生断裂。

5.2.3 油动机提升力大，在阀门常开的情况下阀杆一直处在较大拉应力的疲劳运行。由于油动机的油缸设计偏大，此油缸的行程为170mm，碰缸行程为170+23.5+6.5=200mm，中压调速汽阀的行程为170mm（其中预启阀行程20mm，主阀行程150mm），当阀门开度为100%时，阀杆行程走到170mm开始限位，而油动机给的行程要大于170mm，所以在阀门开关时对阀杆的冲击力较大。自投产以来，机组因中调门阀杆断裂而产生的阀杆漏汽缺陷频繁发生。各厂虽然多次更换中调阀阀杆备件，但阀杆断裂情况仍相继发生。

5.3 处理（根据计算，决定对机组的中压调节汽门做如下改造）

5.3.1 对中压调节汽门阀杆做重新设计，即把预启阀处两个漏气孔的孔径由过去的直径11mm，变更为直径8mm。以增加中调阀阀杆的强度，提高抗拉性能。

5.3.2 把原有的178/70油动机改用为现在使用的121/50油动机。（具体是缸径121mm、杆径50mm、行程200mm，实际行程是170mm，碰缸行程仍为23.5mm+6.5mm=30mm。则抗燃油作用在活塞下部力量在核减上部弹簧压紧力8t，油动机改造以后，在保证中压调节汽门正常开启的情况下，阀杆承受的拉应力由21.449吨大幅减少为5.2194t，大幅减少了16.2296吨。上述方案实施以后可以有效延长中压调节汽阀阀杆的使用寿命。

结束语：高温高压的中压调节阀冷态与热态时的最大行程不同程度地存在差别,热态时的最大行程要大于冷态。通过对中压调节阀伺服回路参数进行调整,将中压调节阀在热态时真正地全部开启,消除热态下因开度不足而造成的高压蒸汽沿中压调节阀杆向外泄漏的故障。通过机组中调阀运行期间阀杆处外漏蒸汽的原因分析，采取了相应的措施，检修后缺陷消除，运行良好。

参考文献：

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