1000MW超超临界机组高加三通阀故障分析与处理

1000MW超超临界机组高加三通阀故障分析与处理

曹高力

江西大唐国际抚州发电有限责任公司，江西  抚州  344000

摘要：某电厂在机组运行过程中高加给水三通阀切换故障，并在随后的多次机组运行中出现此类现象，导致高压加热器故障时无法从系统中解列，需要检修也无法隔离。本文通过对高加给水三通阀切换故障的原因进行分析，通过改变三通阀铜套的材质及更换卸荷阀选型，有效地解决了此类问题，保障机组的安全稳定运行。

关键词：三通阀；切换故障；卸荷阀；铜套

1机组概况

江西大唐国际抚州发电有限责任公司一期工程建设2×1000MW超超临界燃煤机组。回热系统为3高加+1除氧+4低加，其中高加给水采用大旁路，每台机组给水系统安装有给水三通阀一套，三通阀包括入口阀与出口阀，分别安装在高压加热器进口和出口处，当高压加热器发生故障时，水位超过允许水位，紧急切换给水到旁路，保证高压加热器安全解列，从而起到保护高压加热器的作用。设计压力36.3Mpa 、温度306.6℃、流量3060t/h 。自机组投产以来，高加给水三通阀切换故障频出，对高压加热器的稳定运行带来不利影响，严重危害机组稳定运行，不得不引起重视。

2事件经过

2019年电厂机组在运行中连续发生给水系统高压加热器人孔门泄漏缺陷，为隔离高加进行检修，多次对高加给水三通阀进行操作。小组人员对2019年1-6月机组高加三通阀操作故障进行了调查分析，发现：

热控位移反馈故障（1次）——仅在2月份发生过一次，消除后的4个月内未发生此缺陷。

卸荷阀排水不畅缺陷（1次）——仅在3月份发生过一次，消除后的3个月内未发生此缺陷。

控制阀故障缺陷（1次）——在统计的半年时间内，仅6月份发生了1次。

三通阀切换故障（22）——由统计结果发现，在对高加三通阀操作时，仅有1月份未发生切换故障，四次操作全部成功。但在接下来的五个月内，三通阀切换故障高达22次。2月—6月，依次发生了2次、5次、6次、5次、4次。

为保证机组稳定可靠运行，需确保高加三通阀半年内发生故障次数小于5次。由调查统计结果可发现，切换故障是高加三通阀的共性问题，不仅发生频繁且有劣化趋势，对于机组的稳定运行存在严重威胁。 因此，需要找到切换故障的根源并加以治理，遏制继续劣化趋势、降低故障频次，保证半年内故障次数少于2次。

为了验证目标的可行性，我们特意针对国内同类型机组，在同一时间周期内发生的此类问题进行了专题调研。

小组成员调研发现： 2019年1－6月期间，国华台山电厂三通阀切换故障2次，相信我们也能达到这一目标，要将高加三通阀切换故障次数降低  22-2=20（次） ，从而我们可以将高加三通阀切换故障次数降低为：2次

3事件原因分析

3.1 三通阀的结构及工作原理

高加给水三通阀开启前，注水阀开启，介质流入到高加三通阀主路出口，使阀瓣上下两端的压力达到平衡状态。由于阀瓣上下两端所受压力的面不相同( 相差面积为阀杆截面积) ，下端面积大，上端面积小，总的作用力向上，从而使阀瓣向上运动，达到开启功能。此时主路开通，旁路关闭。在高压加热器出现故障时，开启快开阀，将活塞下腔内的介质排空，而上腔由于与通道相通，始终是保持高压状态。所以活塞的上腔与下腔会存在压力差，由于活塞所受的向下合力远远大于阀瓣所受的向上合力，所以总的作用力向下，从而使阀瓣向下运动，达到关闭功能此时主路关闭，旁路开通。

3.2 切换故障原因分析

根据该阀工作原理，另查阅说明书及其它资料，初步得出以下几条常见的致使切换故障的原因：

(1).操纵机构没有富裕行程

(2).阀门行程限位机构故障

(3).卸荷阀选型不合理

(4).密封圈安装方式不合理

(5).铜套材质选型不合理

(6).阀杆设计选材不合理：

3.3 对各类原因求证

3.3 .1、操纵机构没有富裕行程

该三通阀活塞缸下缸设计的富裕行程标准为0.5-1.5mm；就地检查发现阀门下限位与位移指示存在微小的位移偏差，解体后测量阀芯和阀座有接触，此时活塞与下缸存在1.0mm的间隙。 因此，活塞缸下缸有富余行程，对三通切换故障影响较小。

3.3 .2、阀门行程限位机构故障

三通阀在进行切换过程中，要确保阀门的就地行程开度与远方指示一致，这就要求行程限位机构无故障。经现场就地检查：三通阀限位开关固定装置有无松动，限位圆盘无松脱位移 ，对切换故障影响较小。

3.3.3、密封圈安装方式不合理

  解体三通阀发现活塞环密封圈完好无脱落，活塞活动正常，活塞环密封圈为整体加热安装，非搭接安装 ，对三通阀切换故障影响较小。

3.3 .4、阀杆设计选材不合理

查阅说明书阀杆材质为40Cr ，金相检测阀杆材质也为40Cr ，阀杆材质耐温≥425℃，在试样直径25mm时的抗拉强度≥980Mpa，屈服点≥785Mpa。给水经过高压加热器升温后为270 ℃，阀杆直径为45mm，完全满足耐温及强度要求。

 3.3.5、卸荷阀选型不合理

   现场测温仪检查发现，高加三通阀卸荷阀阀后温度达 151℃，有明显的泄露现象 ，是导致三通阀切换故障的主要因素。

3.3.6、.铜套材质选型不合理

  解体三通阀发现铜套直接抱住轴，须借外力将铜套拉出，翻查以前的检修记录，发现每次的间隙测量都在合格范围之内，标准是0.30~0.40mm之间，通过调查得知，因紧急检修，厂家的原装铜套不能及时到货，后联系加工厂加工铜套，虽间隙满足了要求，但材质却不符合要求，经光谱检查，进口铜套含有镍且含铜量在83%左右，耐高温，而一般的铜套遇高温后内经膨胀较大，导致间隙减小，甚至抱轴。铜套材质不合格，对三通阀切换故障影响较大。

4确定要因及处理

    小组成员对上述6条末端因素进行论证确认后，确定以下2条为三通阀切换故障的主要原因：

1、卸荷阀选型不合理

2、铜套材质选型不合理

4.1处理方案

（1）铜套材质选型不合理：

将原来的铜套更换成含铜量符合厂家规定的要求或直接采购厂家原材料，更换铜套前进行材质确认，确认含铜量与厂家给定材质一样，铜套与轴有一定的动静间隙而避免抱轴导致卡涩。

（2）卸荷阀选型不合理： 

按更换双阀芯的卸荷阀，双重保证杜绝卸荷

阀内漏。

4.2、效果检查

对策实施后小组人员将2019年11月至2020年4月间阀门操作故障统计，已由活动前的22次降低为0次，由主要原因将为次要原因。

5 结论

经过一系列的分析，本文列举了导致高加给水三通阀切换故障的各类原因，并对各类原因进行了求证。最终得出了铜套材质选型不合理和卸荷阀选型不合理是导致排污泵频繁故障的主要原因，换新的铜套和卸荷阀后，设备试运结果有力地证实了这一结论。

切换故障问题解决了，还需关注可能会导致运行故障的其他问题：加强日常及专业点检工作，检查三通阀日常运行是否正常，检查填料或者阀体/阀盖里面区域是否泄漏；轴承润滑和阀杆螺纹磨损情况。压盖随动件的行程，必要时安装新的填料。同时，做好和热工、金属等专业的技术交流工作，共同维护好设备的安全运行。

作者简介：

姓名：曹高力（1993年），男，河南开封，本科，助理工程师，研究方向：汽轮机及附属设备检修维护。