728 MW汽輪機調(diào)門卡澀原因分析與處理措施

劉 劍

（中核核電運行管理有限公司運行五處，浙江 海鹽314300）

0 引言

秦山核電三廠（以下簡稱“秦三廠”）兩臺機組汽輪發(fā)電機型號為TC4F-52，為單軸、三缸、四排汽、再熱凝器沖動式。每臺汽輪發(fā)電機有主汽門、調(diào)門、再熱主汽門、再熱調(diào)門各4個，共16個汽門，其中，有伺服調(diào)節(jié)功能的有7個，分別是：2#主汽門（簡稱MSV）、4個調(diào)門（CV）、再熱調(diào)門（ICV）C、再熱調(diào)門D。 在執(zhí)行調(diào)門全行程動作試驗期間，兩臺機組多次發(fā)生調(diào)門卡澀現(xiàn)象。其中，1號機組4#調(diào)門1次，2號機組3#調(diào)門4次。一個調(diào)門卡澀失去調(diào)節(jié)作用后，其他調(diào)門也將不在正常的控制位，汽輪機功率控制將受到嚴重影響。

1 調(diào)門控制原理

汽輪機控制油（簡稱EHC油）分為動力油和保護油兩部分。動力油進入主汽門、調(diào)門、再熱主汽門、再熱調(diào)門等設備的油動機活塞，和閥門機構(gòu)的彈簧配合，開啟和控制閥門；保護油進入油動機的控制閥，控制動力油進出油動機的活塞，實現(xiàn)閥門啟閉，緊急情況下，保護油快速泄壓，切斷動力油供給并快速泄壓，各汽門快速關(guān)閉，從而達到汽機保護的目的。秦三廠汽輪機調(diào)門控制回路由伺服閥、快關(guān)電磁閥和遮斷閥3個主要設備組成。保護油經(jīng)快關(guān)電磁閥進入遮斷閥閥腔，推動遮斷閥閥芯克服彈簧力使其打開；動力油經(jīng)打開的遮斷閥，通過伺服閥按照控制信號比例調(diào)壓后進入油動機調(diào)節(jié)調(diào)門開度。調(diào)門控制原理如圖1所示。

圖1 調(diào)門控制原理圖

伺服閥是由力矩馬達、兩級液壓放大和機械反饋系統(tǒng)等組成。當線圈中有電流通過，產(chǎn)生一磁場，在其兩側(cè)磁鐵的作用下，產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)力矩，使擋板轉(zhuǎn)動。擋板轉(zhuǎn)動使兩只噴嘴前的油壓不相等，則滑閥兩端的油壓也不相等，差壓導致滑閥移動,使滑閥凸肩控制的油口開大或關(guān)小，并控制通往油動機活塞下腔的高壓油，最終控制調(diào)門開度。伺服閥工作原理如圖2所示。

圖2 伺服閥工作原理圖

在進行調(diào)門試驗時，操縱員按下“CV TEST”按鈕后，伺服閥減小進入油動機的動力油油壓，調(diào)門逐步關(guān)小；當調(diào)門開度小于10%后，快關(guān)電磁閥動作，對遮斷閥閥腔泄壓，遮斷閥關(guān)閉，進入油動機的動力油被截斷并泄壓，調(diào)門關(guān)閉；松開“CV TEST”按鈕后，快關(guān)電磁閥復位、遮斷閥復位、伺服閥復位，進入油動機油壓建立，調(diào)門打開。

2 原因分析與改進措施

2.1 原因分析

從調(diào)門的控制原理分析，只要快關(guān)電磁閥、遮斷閥或伺服閥中的任意一個設備故障都可能導致調(diào)門失去調(diào)節(jié)功能。快關(guān)電磁閥的開關(guān)狀態(tài)有明顯的指示，如果是快關(guān)電磁閥動作不正常，通過目視檢查可以發(fā)現(xiàn)，且維修人員可以使用專用工具活動閥芯以消除故障；如果是伺服閥缺陷，通過插拔伺服閥的信號接頭或可消除調(diào)門卡澀缺陷，插拔無效則通過在線更換伺服閥[1]，可消除缺陷，在線更換伺服閥技術(shù)多數(shù)電廠都已熟練掌握；遮斷閥既沒有閥門指示，也沒有快速有效的消缺方法，如果是遮斷閥卡澀無法復位，只能通過銅棒敲擊遮斷閥有可能使遮斷閥閥芯復位，敲擊無效則只能停機處理。

通過以上簡單的干預措施顯然無法從根本上解決調(diào)門卡澀的問題。因此2018年10月2日，秦三廠2#機組小修將在2018年7月4日試驗中發(fā)生卡澀的3號調(diào)門關(guān)斷閥、2018年8月1日試驗中發(fā)生卡澀的2號主汽門、再熱調(diào)門D上的關(guān)斷閥連同其上游快關(guān)電磁閥一同送到上海寶柯進行解體檢查，同時也抽檢了幾個沒有發(fā)生卡澀的關(guān)斷閥和電磁閥做狀態(tài)比對，以查找導致閥門出現(xiàn)卡澀的原因。閥門解體結(jié)果如表1所示。

表1 閥門解體檢查的結(jié)果

解體檢查的結(jié)果可見：3個出現(xiàn)卡澀的滑閥體面都有明顯的被硬質(zhì)顆粒拉磨、劃痕，滑動配合面有明顯被腐蝕、磨損和單邊滑磨癥狀，表面粗糙度變大，增大了滑閥滑動阻力。遮斷閥內(nèi)驅(qū)動（小）閥芯上、快關(guān)閥內(nèi)閥芯體面積存少量油泥；快關(guān)電磁閥腔內(nèi)有可見的硬質(zhì)顆粒及軟性異物。綜合判斷，導致滑閥卡澀的主因是硬質(zhì)顆粒雜物被沖流到滑閥內(nèi)，EHC油中的少量油泥不至于導致卡澀，為促成原因。

在過去的運行經(jīng)驗中，出現(xiàn)調(diào)門卡澀故障，多數(shù)認為是油泥堵塞伺服閥的滑閥所致[2]，而這次解體檢修讓油質(zhì)中的硬質(zhì)顆粒第一次出現(xiàn)在我們的視線中。經(jīng)分析，硬質(zhì)顆粒可能來源如下：

（1）油動機、電磁閥解體檢修過程中的殘留；

（2）油動機進油管段連接時，螺紋絲扣對接時誤入；

（3）電磁閥等復裝時，外部落入；

（4）閥芯/閥腔體面長期被（酸性）腐（侵）蝕所致。

2.2 處理措施

措施一：變更改造

為了提升EHC油品，1#機組于2013年大修期間更換了EHC油，但是更換完1個月后，汽輪機主跳閘電磁閥多次發(fā)生油泥淤積引發(fā)的卡澀現(xiàn)象。經(jīng)過西安熱工院分析：EHC油長時間使用，油中會溶解一些大分子結(jié)構(gòu)（如油泥），而新油、管道內(nèi)殘油和管道內(nèi)壁附著的油泥混合會加速油泥的析出，并且隨著EHC油的流動淤積在伺服閥、電磁閥等設備上。經(jīng)過綜合考量，2#機組EHC油沒有再更換新油。而是將EHC油的硅藻土過濾器改造成樹脂再生濾芯，具體表現(xiàn)是：（1）可以去除油泥；（2）可以降低油的酸值；（3）可以提高油的電阻率；（4）可以使油的顏色變淺。此外，為了使EHC油中的水分含量維持在較低水平，減緩磷酸酯水解、老化，為兩臺機組EHC油系統(tǒng)增加在線防水、除水裝置。

措施二：工作控制

EHC油泵單元區(qū)域在汽輪機廠房內(nèi)采用開放式布置。為了防止灰塵進入，秦三廠兩臺機組在EHC油泵單元區(qū)域都搭建了防塵棚。日常維修過程中也要加強對檢修過程中異物控制，防止油動機、電磁閥等解體檢修、系統(tǒng)開口作業(yè)時導致硬質(zhì)顆粒混入油系統(tǒng)。

措施三：預防性維修

增加EHC油樹脂濾芯更換頻率等預防性維修工作的頻度。制訂專門的汽輪機控制油系統(tǒng)沖洗作業(yè)計劃，加強對保護油等回路支管和轉(zhuǎn)角處的沖洗力度，嚴格根據(jù)化學控制參數(shù)指標控制油品。

措施四：缺陷維修

機組大修期間，整體更換了16個汽門的伺服閥、遮斷閥，并對更換下來的閥門進行檢測，對于狀態(tài)評價合格的閥門用于備件入庫處理。閥門更換后，近兩年內(nèi)機組都沒有再發(fā)生過調(diào)門卡澀故障。

3 結(jié)語

調(diào)門卡澀故障在大多數(shù)電廠中都有發(fā)生，應對這一故障的運行經(jīng)驗總是在不斷積累，而隨著設備長周期運行后的不斷老化，也會有新問題出現(xiàn)，需要深入開展這方面的研究，不斷地完善和改進，努力地去提高汽輪機設備的可靠性[3]，確保機組的安全、穩(wěn)定運行。