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核电汽轮机再热阀执行机构向靠性提升探究

2020-08-28 403 上传者：管理员

摘要：针对秦山核电二厂4号机组汽轮机低压再热截止阀油动机接头出现的漏油、弹簧磨损、断裂现象进行了原因分析。通过改造成功消除了机组运行期间出现的异音、弹簧磨损、断裂等缺陷。

关键词：
再热阀
执行机构
改造
核电厂
汽轮机
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秦山核电二厂3#、4#机组汽轮机采用哈尔滨汽轮机厂生产的HN650-6.41型凝气式汽轮机。分别于2002年2月6日、2004年5月3日建成发电。

汽轮机组由1个高压缸和3个低压缸组成，2个主汽调节联合阀布置于高压缸的两侧，每个高压主汽调节联合阀有1个主汽阀和2个调节阀。主蒸汽通过主汽阀分两路进入调节阀，然后经高压导汽管（共4根）分别从高压缸上部和下部（各2根）进入高压缸。蒸汽经4根高压排汽管从MSR（汽水分离再热器）的底部侧面进入布置于低压缸两侧的2个MSR，每个MSR共有3个排汽口，每个排汽口通过一根低压进汽管进入低压缸，每根低压进汽管上分别在接近MSR出口处和接近低压缸进口处装有再热主汽阀和截止阀。蒸汽经低压缸双分流通流后通过排汽口排入凝汽器。

每个机组共有6个再热主汽阀和6个再热截止阀。再热主汽阀、再热截止阀均为蝶阀，阀门的开启和位置控制由液压控制，其执行机构中的弹簧为阀门关闭提供了驱动力，控制油用14MPa的高压抗燃油作为介质，其主要部件为油动机、转换箱、操纵座（弹簧箱）。

秦二厂再热主汽阀的设备位号为GSE005VV—GSE010VV，再热截止阀的设备位号为GRE005VV—GRE010VV。

1、再热阀

1.1 功能

再热主汽阀安装在汽水分离再热器和再热截止阀之间的蒸汽管道上，作用是提供一个安全的附加措施，当超速跳闸机构动作而再热截止阀关闭不上时，防止汽机超速。

再热截止阀安装在再热主汽阀后、低压缸进气管前的蒸汽管道上，作用是当汽机甩负荷后，限制从汽水分离再热器到低压缸的蒸汽流量。

常规岛，没有再热阀，整个机组就无法控制核岛来的主蒸汽，更无可能进行核电厂的发电任务，因此对于核电来说至关重要，该阀门全部设为SPV设备。

再热阀的执行机构由油动机、转换箱、操纵座组成，操纵座又叫弹簧箱[1]。

1.2 原理

秦二厂3#、4#机组再热阀，包括再热主汽阀和再热截止阀，均采用德国ADAMS生产的三偏心金属硬密封蝶阀，其基本原理为：1）阀轴与阀体中心线相对偏心；2）轴与阀板平面相对偏心；3）阀板与阀座密封面为一斜置锥切面，轴与圆锥形密封基座中心线相对偏心。

当阀板处于常开的工作状态时，密封圈位于阀体内部，阀板为一光板且密封表面熔焊司太立合金处理，本质上保护了阀板密封面经受蒸汽冲刷、磨损、腐蚀等。这种设计保证了阀板在动作过程中无摩擦，延长了密封件的使用寿命。

1.3 检修项目

再热阀的解体检修工作只能在大修中检修，工作量大、检修条件苛刻，高空作业，涉及电气、仪控、土建、脚手架等专业配合，物项及相关备件采用德国生产。因此，每台再热阀安排5a进行解体检修一次，共12台，分4次大修完成全部解体工作。

解体的主要步骤包括：1）从管道上吊出阀门至检修平台；2）拆除油动机等附属设备；3）拆除驱动支架、止推轴承、盘根等；4）取出阀轴，检查阀轴两端轴承及轴承密封；5）拆除压环、止推环，取下阀芯；6）零部件清理，密封件更换；7）阀门组装，回装。

解体时应注意检查轴两端端轴承的磨损及润滑情况，轴承密封是否有损坏，止推轴承间隙是否满足要求，检查阀轴是否有划痕，对阀瓣密封面、阀座密封面进行吃实检查，要求100%吃实。

阀门组装时，注意阀瓣的安装方向，阀体上箭头的方向须指向介质压力方向[2]。

2、缺陷情况

2.1 油动机问题

2015年，秦二厂3#、4#机组在运行过程中，发现再热门执行机构油动机部分的管路接头漏油，导致机组降功率紧急小修处理,如图1所示。

图1油动机接头漏油

油动机三路油口方向不一致，油动机的进油截止阀、OPC油截止阀、回油截止阀均布置在管路上，油动机上、外部的管路走向混乱，阀门快关时，油动机回油不能进入油杆腔，导致蓄能器偏大，如图2所示。

图2现场油路布局混乱、不合理

2.2 弹簧箱问题

弹簧力太大，使快速关闭时导汽管振动大，影响到安全。弹簧装配不合理，弹簧的内径与定位隔板间隙大[3]。

4段串联弹簧逐级下降，导致弹簧外径与导杆基本没有间隙，与安装导杆碰磨，长时间摩擦，导致弹簧受力折断[3]。

在后续运行的期间，发现再热阀弹簧箱部位也存在有异音现象。在305大修期间，对再热阀驱动机构的油动机进行了解体，发现有4根弹簧存在磨损和断裂、变形现象，404大修中也同样存在此现象,如图3所示。

在305、404大修中，解体检查了全部再热主汽阀、再热截止阀。发现的弹簧磨损及断裂缺陷情况如表1所示。

3、缺陷原因

3.1 弹簧磨损、断裂原因

弹簧箱设计不合理，弹簧隔板与导向管接触碰磨导致隔板磨损，隔板磨损后大弹簧与导向管发生接触碰磨，碰磨使得弹簧钢丝减薄，强度降低，最终发生断裂。由于弹簧过长，会放大弹簧动作中的不对中度，导致弹簧与保持架之间发生磨损。

图3弹簧磨损、断裂

表1再热主汽阀、再热截止阀弹簧磨损及断裂缺陷情况

3.2 油动机接头漏油原因

管路走向混乱，且此处空间受限不利于后续机组缺陷的消除。回油方式不合理，需要提高油动机关闭速度，同时便于检修。

4、缺陷处理

2017年，D306大修中，对3GRE005VV再热截止阀实施了改造，主要包括油动机及弹簧箱，转换箱因加工工艺复杂，不进行改造[4]。执行机构改造示意图如图4所示。

图4执行机构改造示意图

4.1 油动机改造

改造部分与机械转换箱的接口部分，均以转换箱接口为基准进行油动机及操纵座的设计。

1）改变回油方式，阀门快关时将回油直接倒回活塞另一腔，内部的油流和油压的作用更加合理，并可以加快关闭速度。同时需要增加卧式活塞式蓄能器。

2）改变油口的布置，3个油口（HP、DV、OPC或AST）布置在集成块的同一侧，回油直接进入油杆腔，多余部分的回油进入新加的活塞式蓄能器，直接安装在油缸上，与整个油动机形成一个整体，在油动机集成块上增加一个插装式进油截止阀，回油、安全油增加单向阀，所有的3个管路并列布置，油动机上无任何外部管路。

3）取消改造所涉及的油动机模块外的压力油管、OPC油管及回油管路上的截止阀，进油管上的原截止阀安装在集成模块中。

4）在油动机油缸上，安装可调缓冲阀，插装式卸荷阀装有可调整杆，可方便、有效地调整控制油动机关闭时间。

5）电磁阀用原型号，对卸荷阀及止回阀进行重新设计、选型。

6）改造所涉及的油动机内部孔板，根据新油动机实际，重新设计。

7）保证阀门改造后的快关时间与现场实际需求一致，新的卸荷阀可调，可根据现场要求来调整关闭时间。

改造前、后油动机技术参数如表2所示。

表2改造前、后油动机技术参数

4.2 弹簧箱改造

原操纵座对阀门的关闭力矩ETC为20100N·m，改造后的操纵座对阀门的关闭力矩ETC为9590N·m，安全裕度由原来的2.8调整到1.33，减小弹簧力，使得执行机构在关闭时冲量减小，降低冲击。

将原弹簧箱4段改为3段，并减小弹簧的定位间隙至2.5mm，减小弹簧的径向移动。

改造后的操纵座弹簧不会与操纵座的拉杆磨损，从而不容易发生弹簧断裂情况。

将原操纵座中两端弹簧之间的隔板由原来与导杆不接触改变为接触方式，进一步减小弹簧的径向移动，同时为防止该隔板与导杆间的卡涩，将隔板外圆采用铜套设计。

增大弹簧与导杆的间距至26.5mm，防止由于重力作用使弹簧下垂时与导杆碰磨，同时也防止由于振动传导使弹簧颤动与导杆碰磨。

要求操纵座隔板外圆采用的铜套在往复运动方向具有制动设计，保证动作时不至脱落。

5、结论

经过对3GRE005ZM再热截止阀油动机执行机构的改造，对弹簧箱进行了重新优化设计，包括减少弹簧组数、增大油动机弹簧与弹簧导杆间距、弹簧隔板增设保护铜套、优化管路布局、阀门集成布局等优化，经过306大修，运行至今，在307大修时进行了全面解体检查，检查确认油动机弹簧本体磨损现象消除，油动机弹簧断裂问题得到了根治处理。

在306大修后到运行至今，加强了设备运行情况的跟踪检查，主要包括设备异音情况检查、设备漏油情况检查等，均未发现异常，证明改造后的效果良好。

因物项采购、大修人力安排、工期安排等原因，综合考虑，目前在D407大修中，实施4号机组全部6台再热截止阀执行机构的改造，后续将安排窗口，实施4号机组剩余的全部6台再热主汽阀执行机构的改造，以及3号机组剩余的5台再热截止阀、6台再热主汽阀执行机构的改造，以期彻底解决以上缺陷出现的问题，确保机组安全稳定高效运行。

参考文献：

[1]史庆峰.秦二厂3\4号机组再热门执行机构变更详细设计方案[R].2016:11-27.

[2]时宏磊.秦二厂3\4号机组再热门执行机构改造施工方案[R].2017:1-19.

[3]哈尔滨汽轮机厂.关于秦山核电二厂再热截止阀及再热调节阀执行机构弹簧箱内弹簧及铜套磨损情况的分析报告[R].2018:12-21.

[4]秦二厂汽轮机低压再热截止阀执行机构完工报告[R].

时宏磊,张精干,刘德军,史庆峰,潘翔.核电汽轮机再热阀执行机构可靠性提升研究[J].机械工程师,2020(08):94-95+98.