汽轮机高压调节汽阀突然关闭的原因分析及处理方法

薛曙光，魏海姣，屈 尧

（1.京能集团山西京能吕临发电有限公司，山西吕梁 033000；2.北京工业大学，北京 100124；3.内蒙古和林发电有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 011517）

0 引言

高压调节汽阀作为控制汽轮机进汽的关键设备，其启闭和调节过程是通过作用在油动机油缸内的高压抗燃油和弹簧进行调节，控制部件主要由油动机、卸荷阀、伺服阀、节流孔、线性位移传感器、单向阀及其附属设备组成[1-3]。通过计算机处理后发出的电信号在伺服机构内进行放大，将电信号转化为液压信号，通过伺服阀的二级滑阀放大机构控制油动机高压抗燃油的供油量，从而对高压调节汽阀进行可控调节，起到电网负荷灵活快速的调节功能。当汽轮机发生故障需要紧急停机时，卸荷阀上腔内的安全油泄掉，高压油经卸荷阀下腔回至压力回油，高压调节汽阀在弹簧力作用下迅速关闭，起到紧急制动、避免飞车的安全保护功能。

汽轮机在运行过程中，各进汽阀因蒸汽参数波动及试验等因素的变化，发生自行关闭、机械卡涩或者连接螺栓断裂，也因高压抗燃油油质和伺服阀、卸荷阀AST 电磁阀及OPC 电磁阀等设备出现故障的影响，不可避免地导致调节汽阀在参与调节过程中出现异常现象[4]。本文就某电厂N600-16.7/538/538 型机组运行中高压调节汽阀突然关闭现象进行分析和处理。

1 高压调节汽阀无法开启处理简介

2017 年7 月9 日，某电厂1 号机组B 级检修结束，热工专业对主机保护进行传动实验时，发现2 号高压调节汽阀在开启过程中，开度在50%左右时突然关闭，后多次发送指令阀门并无响应。将卸荷阀和伺服阀依次进行更换后，传动均仍无法开启该高压调节汽阀，进一步对高压油至卸荷阀上腔的节流孔进行清理后，高压调节汽阀启闭功能恢复正常。

2 高压调节汽阀无法开启的原因分析及处理方法

2.1 高压调节汽阀无法开启的主要因素

造成汽轮机高压调节汽阀无法开启的主要原因通常有以下几方面。

a）设备机械卡涩，部套损伤导致过力矩，使高压调节汽阀无法开启。

b）伺服阀故障，引发油动机压力油异常，无法克服弹簧力矩，导致高压调节汽阀无法开启。

c）卸荷阀故障，系统高压油泄压，低于油动机允许的最小启动油压，导致高压调节汽阀无法开启。

根据上述分析，结合实际情况，工作人员采用千斤顶压缩、释放高压调节汽阀弹簧力，高压调节汽阀可正常上下活动，排除了高压调节汽阀发生机械卡涩的可能。因此，以下对卸荷阀、伺服阀和油动机引起的高压调节汽阀无法开启的原因进行详细分析。

2.2 卸荷阀故障原因分析及处理方法

该类型机组投产后，发生过几次高压调节汽阀突然关闭无法开启的事故，现场解体检查发现卸荷阀导向组件断裂，无法维持卸荷阀上腔安全油压，高压油通过下腔泄回到压力回油，导致高压调节汽阀突然关闭。这是因为机组在频繁升降负荷中，高压油流量发生瞬息交替改变，伴随着压力发生波动，卸荷阀阀芯受双向对冲力的影响，引发密封组件金属疲劳，导致设备最小截面处应力集中。在阀门严密性试验或突然大流量调节时，使得设备发生疲劳断裂，进而导致高压调节汽阀突然关闭，无法开启。

在对此类事故处理中发现卸荷阀阀护套为一体成型件，阀杆和承压盘加工工艺为切槽，使得根部局部为应力集中区（断裂位置），当单位面积承受的外力达到某一个极限值，必然对设备材料造成破坏。为了提高设备断裂处机械强度，通过改变根部加工工艺，将切槽改为倒角，加大了横截面积，提高了设备材料的屈服强度，从而有效地解决了卸荷阀因加工工艺导致的材料强度低的问题。

综合上述分析，对卸荷阀进行检查，未发现卸荷阀出现疲劳断裂现象，故排除卸荷阀导致的高压调节汽阀突然关闭的原因。

2.3 伺服阀故障原因分析及处理方法

伺服阀故障中机械卡涩居多，伺服阀卡涩本质原因是油品质量不合格。当高压抗燃油油品质量恶化后，油中大颗粒物增多，将减少或阻隔伺服阀供油流量，污染物进入节流孔、喷嘴或阀芯等部位，会导致伺服阀阀芯卡涩，进而造成高压调节汽阀突然关闭事件。

由于该机组伺服阀前设置有7 μm 过滤器，伺服阀内部也设有5 μm 的防护过滤器，阀芯加工精度为微米级，与阀套的配合间隙为2～4 μm，经化验高压抗燃油系统油品质量低于NAS 5 级，排除了伺服阀卡涩导致的高压调节汽阀突然关闭的原因。

2.4 油动机油缸内泄量大的原因及处理方法

自EH 油泵供的高压油可由2 条通路回至压力回油。其一为高压油—伺服阀—压力回油；其二为高压油—伺服阀—卸荷阀—压力回油。另外，若油动机活塞与活塞杆发生脱落，或活塞与油缸间隙过大，均可导致大量泄油，回至压力回油。以上问题均可导致高压调节汽阀无法开启。

汽轮机挂闸后，分别检查EH 油母管油压，AST、OPC 和ASP 油压，及2 号高压调节汽阀无法开启时的EH 油母管油压，监测数据如表1 所示。

表1 系统油压监测数据

由表1 可知，2 号高压调节汽阀无法开启的各油压明显低于汽轮机挂闸后的油压，说明存在大量泄油。如2.1 和2.2 节所述，已排除卸荷阀和伺服阀损坏的原因，需检查油动机是否存在泄油量大的问题。

根据油压下降现象认为，油动机油缸内活塞与活塞杆发生脱落，或活塞与油缸间隙过大导致大量泄油，高压油作用在油缸活塞表面的压力无法克服弹簧力，造成2 号高压调节汽阀无法开启。

通过分析油缸上腔表面与供油管路温度变化确定油缸内是否发生泄漏。测量得到油缸上腔温度27.6 ℃、供油管路温度35 ℃、油缸上腔出口温度28 ℃和厂房温度27.9 ℃。油缸上腔和油缸上腔出口温度接近于厂房温度，说明油动机油缸未发生泄漏。排除油动机油缸内泄流量大导致高压调节汽阀无法开启的原因。

2.5 安全油压无法建立的原因及处理方法

基于2.4 节的分析，系统存在大量泄油的唯一途径为：高压油—伺服阀—卸荷阀—压力回油，造成该现象的原因为安全油压无法建立，高压油经卸荷阀下腔直接回到压力回油，使2 号高压调节汽阀无法开启。

通过测量分析2 号高压调节汽阀EH 油系统中重要节点的温度，以确定油路是否发生堵塞，进而确定造成安全油压无法建立的原因。表2 为2 号高压调节汽阀和4 号高压调节汽阀各节点温差，其温差计算见式（1）。

其中，ΔT 为两测点温差，℃；T4为4 号高压调节汽阀测点温度，℃；T2为2 号高压调节汽阀测点温度，℃。

表2 各测点温差计算

由表2 可知，2 号高压调节汽阀和4 号高压调节汽阀EH 油供、回油及滤芯温度基本相同，管路上自节流孔后2 号高压调节汽阀各节点温度均大幅低于4 号高压调节汽阀各节点温度，认为节流孔发生堵塞，造成油路不通，导致高压油无法进入卸荷阀上腔建立安全油压。解体节流孔后，发现节流孔内存在大小约1 mm 的橡胶快，节流孔孔径为0.8 mm，造成节流孔发生堵塞，致使OPC 油路不通，高压油无法进入卸荷阀上腔建立安全油压，经伺服阀的高压油由卸荷阀下腔直接排到压力回油管路，无法开启2号高压调节汽阀。将节流孔内橡胶块清除干净，并采用氮气对节流孔进行吹扫，重新安装节流孔后，2 号高压调节汽阀开启正常。

造成此次节流孔内进入橡胶块的原因分析。在7月初，检修人员对高压抗燃油系统的滤芯进行更换及油动机入口节流孔进行检查，检查时发现2 号高压调节汽阀节流孔集成块的O 型密封圈老化破损，检修人员将其清理更换，在更换过程中约1 mm 大小的橡胶快遗落在节流孔内，导致节流孔发生堵塞，造成油路不通，进而发生2 号高压调节汽阀无法开启。

3 结束语

高压调节汽阀是调节汽轮机转速和功率的重要设备之一，其正常开启及正常线性调节是汽轮机安全运行的重要保障。在开展检修工作时，除对系统内的滤芯适当进行更换外，对卸荷阀、伺服阀及节流孔的检查也势在必行。在检修工作的同时，必须保证检修现场的干净整洁，防止颗粒物进入系统，堵塞节流孔，造成不必要的经济损失[5]。