燃气机组低压主蒸汽进汽控制阀卡涩故障分析及处理

汪剑波

(福能集团晋江天然气发电有限公司，福建 晋江 362251)

一、前言

晋江天然气发电有限公司1#～4#机组为F级燃气—蒸汽联合循环发电机组。汽轮机型号为D10优化型，为一次中间再热、单轴、双缸双排汽、冲动式无抽汽纯凝式机组。每台机组配用一只通径为20 in的低压主蒸汽进汽控制阀(ACV)。该阀的主要功能是调节低压进汽压力，防止透平超速，并向低压系统供冷却蒸汽以带走转子旋转产生的热量。

自2013年5月以来，1#机组ACV在启机过程中连续发生卡涩现象，给机组正常运行带来较大风险。

二、低压进汽阀工作方式

低压主蒸汽进汽控制阀阀体(图1)是带有偏心轴的、由多层密合圈材料制成的密合型碟阀。阀门开度调节采用单作用式的液压执行机构。液压油经孔板进入到伺服阀，调节后再由液压执行机构将碟阀打开到所需的阀位。机组遮断时，由伺服阀将控制阀关闭。

作为防止超速的第一道防线，低压主蒸汽进汽控制阀位置受来自Mark VI控制系统的信号调节。该信号与轴转速成反比：阀门在速度上升到额定转速的101%时开始关闭；在额定转速的103.5%或之前就完全关闭；当达到103.5%时，速度检测信号完全超越低压进汽控制信号使阀完全关闭。为了带走机组启动时汽轮机旋转产生的摩擦鼓风热量，要求向低压联通管送入辅助蒸汽去冷却汽轮机通流部分。当机组转速升至75%～77%时，低压主蒸汽进汽控制阀打开到10%开度，向低压系统供汽，直到从汽轮机高压和中压段来的蒸汽流量能满足冷却蒸汽量的要求时为止。

图1 低压主蒸汽进汽控制阀平面结构图

三、故障现象

2013年5月3日，1#机组温态开机。机组转速大于1 500 r/min后出现ACV阀开至5%后未继续开启的异常现象。图2给出了5月3日启机过程中ACV阀开度趋势图。

转速升至1 872 r/min时，Admission press 和 AP internal setpt百分数各为153%、100%，ACV阀指令为94%，而实际ACV阀位维持5%不变。检查机组AP Limiter Ref 百分数为128%，说明MARKVI控制系统给出的指令为全开。检查压力限制信号，发现非压力受限制引起ACV未全开。MARK VI控制系统画面中显示ACV阀前压力维持在0.39MPa。降低ACV阀前压力，转子转速达2 600r/min后，指令与反馈一致时才正常开启。其后多次开机，都出现了ACV阀开启异常。

图2 5月3日开机趋势图

图3 5月7日开机趋势图

图3为5月7日热态启机曲线，MARKVI画面ACV阀前压力维持在0.28MPa，到1 739r/min指令与反馈一致时正常开启。

四、故障原因分析

比较1#、2#机组启机过程中ACV阀开启时各参数曲线发现：热态启机相同压力情况下，2#机组ACV阀指令与反馈一致，没有出现开启异常，并且ACV阀开启后阀前压力维持稳定。因此，1#机组启机过程中，ACV阀开启异常，可能与ACV阀本身有关。相同压力下，2#机组ACV阀开启过程中未出现卡涩现象，而1#机组ACV阀开启异常，机组ACV阀门指令与反馈不一致，说明ACV阀门可能存在机械卡涩。

由图1可知，ACV阀主要卡涩部位包括：碟板与阀座接触处、阀本体上下两端阀杆与阀杆套处以及阀杆与轧兰处。主要原因如下。

(1)受压状态下，阀杆沿系统进气方向单侧受力发生形变，导致与阀杆套装配间隙单侧减小。

(2)阀杆与阀杆套膨胀间隙设计不够。受热后，阀杆与阀杆套将沿轴向及径向膨胀。当阀杆套原始轴向间隙不够导致轴向膨胀受限时，阀杆套将向径向膨胀而致与阀杆的径向配合间隙变小。

(3)阀杆与阀杆套间或阀杆与轧兰间因高温氧化物或杂质导致径向间隙变小，发生卡涩。

(4)在关闭状态下，阀瓣与阀座受热膨胀后卡住。

五、检查处理过程

5月12日换ACV阀伺服阀。启动到1 629 r/min，MARK VI监控画面显示ACV阀前压力维持在0.28MPa，1 739 r/min后指令与反馈一致时正常开启。

5月17日将2#机ACV油动机与1#机互换使用。开机过程中ACV阀门开启正常。后启停约30余次后再次发生卡涩。

7月7日更换整个阀体。随后多次开机，阀前压力0.3MPa时开机启动正常，新阀更换后至今一直工作正常。

解体检查更换下来的旧阀发现。

(1)上、下端阀杆与阀杆套径向配合间隙约350 μm，阀杆与阀杆套受热总膨胀量约200 μm。

(2)在阀体上架百分表，给碟板施加外力，测得阀杆顺气流方向的轴向窜量约30μm，可以排除进汽时碟板单侧受压及热态下膨胀致径向间隙变小卡涩故障。

(3)轧兰处有单侧磨痕，阀杆相对应位置处有深达2 mm半周拉伤痕迹，怀疑为现场安装时轧兰位置处掉入较大硬质颗粒物致阀杆磨伤。碟板密封面有一长约50mm、深约1 mm条状刮痕，相对应处金属密封环拉毛。分析认为，这是阀门卡涩的主要原因。

关闭严密的碟板与金属密封环受热膨胀，碟板密封面上的长条状不规则拉痕增大了碟板与密封环的摩擦阻力。碟板进汽受压后，轴向单侧受压加剧了碟板与密封环之间的摩擦阻力导致阀门卡涩和开启受阻。

该摩擦力的临界点在0.28MPa左右。高于此压力值则阀门卡涩，低于此压力值则能正常开启。2#机组ACV油动机与1#机组对换后该调节阀仍正常使用30余天，是由于2#机组ACV油动机的扭力矩与1#机组不同所引起的。

六、维护建议

(1)进汽控制阀ACV卡涩现象和原因可以根据运行参数趋势比对分析来判断。

(2)阀门安装时，注意保护轧兰等处不进入异物，检查碟板密封面及金属密封环情况应无异常。

(3)阀门卡涩后，启机过程中应尽量降低ACV阀前压力，但是不能低于ACV阀开启最小压力(各机组压力不同 )。

(4)机组温态启动时，可以通过调节低压冷却蒸汽调门来控制ACV阀前压力。热态启动时，可以通过开启低压旁路调门来控制ACV阀前压力。

(5)更换下的旧阀及时解体检查处理，视损坏修复情况可作为备件继续使用。

[1]中国华电集团公司.设备及系统分册[M]. 北京：中国电力出版社，2009 .

[2]张延军. 防止DEH系统阀门卡涩[J]. 新疆电力技术，2009(01).

[3]核电秦山公司维修处. 汽轮机再热阀门卡涩故障分析与处理[J].核标准计量与质量，2011 (01).