660MW 汽轮机汽门卡涩的主要原因、危害及预防措施

魏俊姚

（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司,内蒙古 呼和浩特 010206）

近几年我国新建火电机组主要为660MW、1000MW的大容量高参数超临界、超超临界直流机组，随着机组参数不断提高，我们对于汽轮机主汽门、调门的性能提出了更高的要求。同时由于蒸汽参数提高，金属氧化皮产生增多，更容易造成调门卡涩，从而导致机组启动的过程中转速不稳，正常运行时机组无法升高或降低至要求负荷，机组发生故障跳闸时汽门不能正常关闭汽轮机发生严重的超速事故。

一、设备简介

某厂汽轮机为东方汽轮机厂生产制造，型号为NZK660-28/600/620-1型，型式为超超临界、一次中间再热、单轴、三缸两排汽、直接空冷凝汽式汽轮机,设有2 个高压主汽门（MSV）、2 个高压调门（CV）、2 个中压联合汽门（RSV-CRV）。MSV 和RSV 两侧阀门均配有活动试验电磁阀。每个汽门均配有快关电磁阀，用于快关汽轮机进汽阀门，切断机组进汽。该厂两台机组投入运行后相继出现高压主汽门及调门卡涩现象。

二、汽门卡涩原因分析

（一）汽门阀杆与套筒间隙变小

由于超超临界机组汽轮机进汽压力很高，厂家为了避免阀杆与套筒间漏气量过大影响经济性，汽门阀杆与套筒间隙设计值就可能偏小，如果间隙间再进入其他物质，很容易就造成汽门卡涩现象。根据实际运行经验，一般来说，汽门在冷态时不会发生卡涩，汽轮机汽门阀杆与套筒间隙过小导致的阀门卡涩多发生于刚投产或投产三年内。从我厂及兄弟电厂同类型机组的卡涩故障分析，主要有以下两种情况。

1.蒸汽品质恶化引起的卡涩

超超临界机组对于锅炉水质的要求尤其严格，当汽轮机组启动或正常运行中中，由于水质不合格，将导致蒸汽品质恶化，蒸汽携带大量盐分，使门杆上形成较为严重的结垢现象，如果处理不及时，将导致汽轮机汽门的阀杆与套筒间隙变小，引起汽门门卡涩。

2.高温氧化皮堆积引起的卡涩

从我厂多次阀体检修情况看，汽门卡涩的原因主要由于氧化皮的形成导致（如图1）。汽轮机进汽阀门氧化皮的生成是不可避免的，蒸汽温度在400℃以上不超过570℃时，金属就会和水发生反应，形成一层氧化膜。这层氧化膜主要是Fe3O4和Fe2O3，这层氧化膜比较致密，尤其是Fe3O4更为致密，因而可以避免钢材进一步氧化。但当超过气温达到570℃时，内壁多层氧化结构在金属外表面从内向外由FeO、Fe3O4、Fe2O3这三种物质组成，主要成分是FeO，并且处于氧化膜的最内层（如图2）。因FeO结构比较疏松，致密性差，破坏了整个氧化膜的稳定性，金属的抗氧化能力大大降低，不锈钢氧化层会迅速增厚，当氧化层堆积到一定的厚度，会在运行条件变化（如温度）时剥落，成为氧化皮。工作环境的温度越高、压力越高，氧化皮生成速度越快，时间越长，氧化皮的生成越厚。

（图一）

（图二）

对于660MW 超超临界机组，主蒸汽温度在600℃左右，再热蒸汽温度在620℃左右，汽轮机汽门的门杆及门套等部件均具备氧化皮的生成和剥落条件，生成的氧化皮可能会造成汽门卡涩现象。另外锅炉侧脱落的氧化皮通过主汽门前粗滤网进入阀杆范围，也会造成调阀卡涩。

（二）调节油系统故障引起的卡涩

1.EH 油质不合格引起的卡涩

EH油系统为机组调节保安系统提供高压抗燃油源，并由它驱动油动机、高压抗燃油遮断系统，是操纵汽轮机各汽门执行机构高压工作油源。油质是汽轮机调节保安系统中最为关键的因素，质量不达标的调速油无法对汽轮机进行有效的控制，从运行经验看，汽轮机运行中调节系统大部分故障都是由于油质不良导致的。由于液压调节元件的间隙都很小，EH 油中的颗粒物污染会磨损、堵塞调节油系统中的关键部位，如电磁阀、伺服阀、节流孔等，导致主汽门、调门卡涩，高调门摆动等。

2.DEH 系统故障引起的卡涩

DEH 系统发生故障时，也容易引起汽轮机汽门卡涩。当伺服阀故障或油动机卡涩时，会导致汽轮机汽门的油动机动作失灵，无法正常开关；当电磁阀故障时，能引起汽轮机汽门卡涩问题；热工元件故障，包括LVDT位移传感器外套脱落，VCC 卡故障和传输线路出现问题等，也容易引起汽门卡涩问题。

（三）机械故障引起的卡涩

1.阀杆与操作座十字头连接失效

由于东汽厂家的特殊设计，我厂发生过多起由于高调阀与操作座十字头连接失效，导致调门门芯脱落，卡至一定位置导致调门卡涩的现象，这种现象往往比较隐蔽，需通过分析判定故障调门。

2.阀杆弯曲导致的卡涩

由于调门卡涩，为了防止汽轮机超速，我们在停机前会联系检修提前用千斤顶将调门顶关，这样很容易造成阀杆弯曲变形。另外运行参数变化过快导致阀杆产生热变形，也会使阀杆弯曲，阀杆弯曲后也很容易造成调门卡涩。

3.材料、制造或安装质量不合格导致的卡涩

不同材料的热膨胀系数不同，如果阀体填料选用的不合理，可能出现热态下阀杆间隙消失，进而引起阀门卡涩。这种故障多发在机组检修后。在机组安装阶段赶工期或者安装水平低，也可能使得门杆与阀座之间不配套，引起摩擦进而造成卡涩。

三、汽轮机汽门卡涩预防措施

为了有效解决汽轮机汽门卡涩的问题，结合导致汽门卡涩的原因，提出如下预防措施。

（一）减缓氧化皮的生成与脱落

正常运行中，氧化皮的产生是不可避免的，根据氧化皮的生成机理，我们运行中要加强对主再热汽温的调整，尽量避免气温大幅波动使氧化皮脱落。严禁超温运行，超温后如燃烧调整无效，必须降参数甚至降负荷运行，将壁温控制在允许极限温度以下，加强受热面的热偏差监视和调整，控制炉膛两侧温度偏差在10℃以内。由于氧化皮一般容易在降温过程中发生脱落，机组启停过程中负荷速率变化要缓慢，严格控制温升速率，并尽量减少机组启停次数。另外，在汽门解体检修时可在氧化皮生成较多的区域如阀碟表面堆焊司太立合金，厚度约0.5mm 即可，理论分析和工程实践均证明该材料有较好的抗氧化性，能明显减少氧化皮的生成。

（二）严格监督汽水品质

加强对汽水品质在线监视，在机组启动阶段严格执行启动水汽质量标准，蒸汽参数不合格严禁汽轮机冲转。定期取样手动化验汽水品质，并与在线测量值进行比对。当在线监测数值与手动化验数值偏差较大时，需要联系热工进行仪表校验，确保在线监测可靠。回收疏水一定要化验水质合格后方可回收，回收后加强水质监督。

（三）定期化验EH 油油质

定期联系化验EH 油油质，保证在线滤油机长期处于运行状态，不得长时间退出运行，防止油质中混入水分或杂质造成调节机构腐蚀、卡涩，如果发现EH 油质中油品酸值 或电阻率不合格，需选择使用带脱酸过滤器与电阻率过滤器的油净化装置。

（四）定期进行汽门活动试验

由于主汽门在机组运行中一直保持全开状态，容易造成阀杆与阀套间氧化皮的堆积，因此，我们需要每个月进行一次汽轮机汽门全行程活动试验，每个星期进行一次汽轮机汽门10%松动试验。特别是全行程试验，一定程度上可以减少氧化皮的堆积，必须严格执行，保证汽门开关的灵活性和严密性，并能提前发现卡涩故障，便于及时处理。

（五）采用新工艺，合理优化阀杆与阀套间隙

若机组频繁发生调门卡涩问题，可与东汽厂家沟通，合理优化阀杆与阀套间隙，适当加大阀杆与衬套、阀碟与阀套的配合间隙，重新设计生产外径尺寸适当减少的阀杆。

（六）缩短汽轮机汽门解体检修周期

由于汽轮机汽门的门杆及门套等部件与高温蒸汽相接触，氧化皮的产生是不可避免的，可以采用解体检修的方法来去除部件表面的氧化皮，在条件允许的情况下，尽量缩短汽门的检查、检修周期，保证氧化皮厚度还不足以造成阀门卡涩时就将其处理，从而避免出现汽门卡涩。

四、汽门卡涩的危害

汽门卡涩的危害主要是容易造成汽轮机超速和负荷调节特性差。当机组甩负荷，如果机组某一主汽门（或调速汽门）卡涩并且对应侧调速汽门或（主汽门）不严时，汽轮机转速将会飞升，超过3360rpm，如不及时采取措施或采取措施无效，将会造成汽轮机超速飞车的恶性事故。运行中发现机组存在汽门卡涩现象时，我们一定要做好汽轮机超速事故预想，并通过修改逻辑尽量避免事故发生。

（一）从运行方面做好防超速事故预想

发现机组汽门有卡涩现象，且暂时不能处理时，运行要做好事故预想，若汽轮机跳闸后出现转速超过3360rpm，高、中压主汽门、调门未关到位，且超速保护动作后转速不下降，立即破坏机组真空，停运所有大机真空泵，停运EH 油泵；若高压主汽门、调门未关严，立即开启锅炉PCV 阀，降低主汽压力，开启高旁10%，开启低旁20%；若中主门、调门未关严，立即开启低旁，降低再热压力，检查转速是否下降。注意，汽机转速飞升期间不可就地进行检查。

（二）从热工逻辑方面，可增加防超速保护。

1.汽轮机跳闸后联停EH 油泵。

2.汽轮机转速超过3360rpm，连锁停运真空泵，同时发3s 脉冲指令联开真空破坏阀。

3.汽轮机跳闸首出为发电机跳闸，直接连锁开启锅炉PCV 阀泄压。

4.进行超速试验转速超过3360rpm 时连锁开启锅炉pcv 阀。

五、结语

由于目前660MW 超临界汽轮机的主蒸汽参数均在570℃以上，不可避免氧化皮的产生，而且目前火电机组基本均参与调峰调谷，有利于氧化皮的脱落，这样就容易发生汽轮机汽门卡涩问题，会对机组的正常运行造成较大的影响，如果发生甩负荷，很容易引发汽轮机飞车的恶性事故。因此，我们应当对引起汽门卡涩的原因进行认真分析，并对其采取有效的预防措施，避免汽门卡涩的发生，而且可通过修改防超速逻辑，来确保汽轮机组的安全、稳定运行。