汽轮机主蒸汽阀门常见问题及原因分析

刘彦文

（山西京能吕临发电有限公司，山西 吕梁 033200）

0 引言

汽轮机主蒸汽阀门（以下简称主汽门）是整个汽机系统的重要保护部套，是防止汽轮机超速的重要设备[1]。所有的保护均是通过关闭主汽门和调节汽门来实现的，一般情况下调节汽门会因各种原因导致阀门关闭不严，所以最终必须依靠关闭系统的高压主汽门来快速切断汽轮机动力源，以防止汽轮机的超速，保证整个机组的安全。因此，检修人员在检修过程中，必须执行良好的检修工艺，保证汽轮机的安全、稳定运行。

1 主汽门的结构及作用

主汽门的形式较多，本文讨论的主汽门为国内引进美国西屋公司技术生产的主汽门，在国内三大汽轮机厂生产的350 MW汽轮机组中运用广泛。该主汽门阀门采用卧式布置于汽缸的两侧，结构紧凑，壳体与高压调节汽阀的壳体浇铸成一个整体，使主汽门和高压调阀之间不再有管道连接，从而减少了主汽阀阀后至汽缸之间的有害容积。阀门采用“双碟”式，由主阀和预起阀组成，主阀内有一启动预起阀，在机组启动过程时开启，由左右主汽门来控制转速，以便机组的喷嘴全周进汽。主汽阀的主阀碟采用非平衡方式，从机组启动至定速过程中，需关小调节汽阀至一定程度才能打开主汽门主阀碟。主汽门开关方式为弹簧力关闭油动机开启，其目的是当机组发生事故时，主汽门能够快速关闭阻断进汽。主汽门具有自密封装置，在全开和全关位置时，阀杆轴向密封面具有密封作用，以减少阀杆漏汽。主汽阀阀盖上焊有一永久性滤网，试运行时，在永久性滤网上要加上细目临时滤网，并在运行一定时间后拆除。高压主汽阀的结构如图1所示。

图1 高压主汽阀结构图

该阀设计时采用了5处密封，一是主汽门关闭时弹簧导杆端部直接与主阀杆衬套接触，形成阀门关闭自密封；二是主汽门关闭时，进汽压力和压缩弹簧的载荷将两只阀碟同时压在其阀座上；三是主汽门预启阀与主阀碟密封；四是主气门开足时预启阀并帽平面与阀盖内衬套平面接触，形成全开自密封；五是主汽门开足时预启阀并帽内斜面与阀杆斜面的自密封。

2 主汽门故障案例分析

2.1 主汽门卡涩关不到位

2.1.1 故障现象

华能轮台电厂2号机组为350 MW超临界燃煤机组，2017年C修后，主汽门冷态试验合格，启动过程中在进行主汽门严密性试验时（主汽压力在8.0～11.0 MPa之间），发现高压主汽门1号正常、2号则仅能关闭22 mm，用大榔头轻敲连杆后，主阀碟瞬间关闭，几次试验结果均一致。

2.1.2 故障原因分析

首先，对检修记录进行了检查。检查后发现检修中修后记录的测量数据均符合标准，未见异常。其次，对主汽门卡涩的影响因素进行了列举。主汽门关闭故障通常是由于机械阻力大所造成的，而机械阻力异常增大的原因有以下几方面：一是油动机内部卡涩或卡死；二是弹簧室内弹簧与弹簧托盘内壁发生碰磨；三是机构与油动机发生蹩劲而使机构和油动机的机械阻力明显增大；四是EH油系统和控制回路出现故障，如卸载阀、伺服阀卡涩等；五是阀杆、阀碟、阀杆套、阀碟套等部件表面积聚了过多的氧化皮，导致各部套间的配合间隙变小引起主汽门阀体内的卡涩；六是阀杆弯曲度过大而造成卡涩。

2.1.3 故障排查

根据以上原因分析对该主汽门进行了逐一排查。首先，断开油动机与阀门间的连接，检查油动机部分，确认无引起阀门卡涩的原因。其次，对弹簧进行了外观检查，没有发现碰擦现象。解体弹簧箱重新检查未发现弹簧缺陷，且弹簧座、箱等各部件间也没有碰磨痕迹，再通过与1号主汽门弹簧调换后，在同样蒸汽压力状态下仍存在阀门关不下的现象。由此认为，主阀碟在高汽压时卡涩可能是阀门内部情况引起的。再次，对2号主汽门全面解体检查。2号主汽门解体检查测量后，虽然各部件一切正常，但发现主阀碟尾部位置与阀壳有明显的接触痕迹，说明该处接触点先于开启自密封线碰到。

通过排查，阀门不能正常关闭的真正原因是：汽门全开时，因主阀碟端部与阀壳间的密封，使得主蒸汽无法进入主阀碟后腔室，此时主阀碟的前后压力无法平衡，致使弹簧力不足以关闭主阀碟。

2.2 主汽门关不严

2.2.1 故障现象

华能轮台电厂1号机组在停机过程中，在主汽门及调门关闭后，两侧主汽门阀后存在4.0 MPa的压力。用千斤顶进行加力关闭后，其中A侧阀后压力几近不变，B侧主汽门阀后压力趋“0”。同时，停机时发生低压缸防爆门动作现象。

2.2.2 故障原因分析

第一，B侧主汽门在借力千斤顶后，能够降低阀后压力，现象分析应为阀门有卡涩不能在弹簧力作用下正常关闭引起。第二，A侧主汽门为主阀或预启阀存在泄漏，根据本次检修情况，分析认为可能是阀线不够严密或检修中调整阀门的关闭位置不到位引起；另外，更换阀杆套后，阀杆套偏斜导致阀门无法正常对中也可能是原因之一。第三，关闭阀门后阀后均存在压力情况，分析认为或许是膨胀间隙过大引起。

2.2.3 故障排查

根据以上原因分析，对该主汽门进行了逐一排查。在机组调停期间，首先对A侧主汽门进行了检查。在无膨胀间隙情况下，阀线检查圆周均接触；但在有膨胀间隙情况时，阀线检查发现只有下半圈接触。其次，阀门解体后，发现主阀头有卡涩现象。

通过排查，主汽门及调门关闭后两侧主汽门阀后存在压力的真正原因是阀门存在膨胀间隙，主阀头出现卡涩。

3 主汽门故障检修措施及建议

以上2例情况尽管较为特殊，但在检修过程中保证检修工艺，往往可以排除很多的不利因素。针对主汽门本体检修，应尽可能在保证门杆不漏气的情况下，按厂家标准要求的上限来调节门杆与门杆衬套间隙、阀蝶导向套间隙,以保证阀门全关状态下蒸汽能够通过平衡孔进入主阀碟碟后腔室[2-3]。具体措施如下。

a）检修时应在主阀衬套内部平均选取多个截面进行详细测量，保证内径偏差在0.02 mm范围内，并保证衬套间隙在0.33～0.40 mm之间。

b）如果出现椭圆度偏差较大的情况，应该进行磨床精细加工，无条件时考虑使用金相砂纸进行人工打磨。

c）检修过程中要测量门杆弯曲值，检查门杆、衬套、阀蝶表面和导向套等光洁度，不应有氧化皮和其他任何杂质存在，从而防止阀杆弯曲造成的阀门卡涩，以保证阀门开关的灵活程度。

d）注意检查阀蝶、门杆衬套外口不应有尖角，保持圆滑过渡。

e）预启阀和主阀的密封面接触要均匀，阀蝶密封面接触要均匀，且均形成一条连续的圆周100%环线。

f）主气门阀体与油动机组装后，需进行如下检查与试验：拉下油动机活塞杆至活塞碰到油缸底部，活塞杆倒退6.3 mm来保证缓冲行程；对主汽门的上下行程进行现场测量并与位移传感器反馈位置进行比对。

4 结束语

主汽门是确保机组停运时，能迅速切断主蒸汽防止不发生飞车事故的关键部件，而机组的跳闸保护ETS（emergency trip system）、汽轮机数字电液控制系统DEH（digital electro-hydraulic）等保护跳闸也最终要通过主汽门来实现，如果主汽门在机组事故状态下或甩负荷停机时发生关闭不严甚至卡涩等现象，后果将不堪设想。主汽门出现关闭卡涩、严密性不合格等现象的大多原因是由于门杆和衬套等动静间隙不合适所引起的。因此，在机组运行过程中，对主汽门的定期活动性试验非常重要，只有通过定期活动和严密性试验，才能确保主汽门不发生卡涩而正常工作。另外，在平时运行过程中还应注意检查主汽门门座松动情况，发现松动后要及时处理，以防止发生重大安全事故，从而保证机组安全、可靠、经济运行。