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减温水调节阀故障的产生和对策
上海吴泾发电有限责任公司 史亮

摘要：调节阀又称为（控制阀）顾名思义就是一种专门用来调节介质的流量，流速的阀门。是工业过程控制中的主要执行单元仪表，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。是一个局部阻力可以变化的节流元件。本文简要介绍了锅炉调节阀的选用，维护和检修。重点论述锅炉减温水调节系统所存在的缺陷，分析各种缺陷所形成的因素。通过分析，找出原因。并对调节阀的预防性维修和故障性维修方法进行了详细地介绍使的缺陷逐一解决。并通过对调节阀故障的分析和采取适当的处理，改进方法，大大提高调节阀的利用率，提高了设备的健康运行。

关键词：锅炉 调节阀 缺陷 故障处理

引言
电力是最重要的能源行业之一，目前有蒸汽、风力、水力、地热、潮汐发电、太阳能发电，本文重点讨论燃煤电站中典型调节阀的选用，维护和检修。燃煤电站的根本性质就是将水化为蒸汽，利用蒸汽驱动气轮机带动发电机产生电力，简单来看电力流程图实际上是水--蒸汽的循环流程，在此流程中选用调节阀既简单又复杂。简单的是过程介质简单，只有水和蒸汽两种，复杂的是水和蒸汽的温度与压力波动范围大，带来一系列问题如：闪蒸、汽蚀、冲刷、噪音、腐蚀等现象。但首先要考虑的是调节阀的安全性与可靠性。
调节阀又称为（控制阀）顾名思义就是一种专门用来调节介质的流量，流速的阀门，起到减温减压的作用。是工业过程控制中的主要执行单元仪表，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。是一个局部阻力可以变化的节流元件，其主要性能表现在：①流量特性；②可调范围R；③小开度工作性能；④流量系数Kv；⑤调节速度（响应时间）满足系统对阀开关动作的速度要求。调节阀一般由执行机构和阀门组成。他有三种基本类型：回转式，柱塞式和活塞笼罩式。目前我们使用的比较多的是后两种。
上海吴泾发电有限责任公司2台300MW机组，是上海锅炉厂有限公司引进美国CE公司（现美国Alston公司）的技术进行设计制造的SG1025/18.3亚临界一次中间再热控制循环锅炉。所采用的减温水调节阀是由美国FISHER公司生产的4〞EHT型调节阀。该阀是由气动执行机构和蒸汽流量调节阀两部分组成的。
锅炉过热器减温水调节阀是火力发电厂锅炉喷水减温自动调节设备。减温调节系统对减温水调节阀有如下要求：
1、调节阀最大流量应满足锅炉最大负荷要求，并约有10%的余量。
2、调节阀的漏流量应小于其最大流量的10%。
3、调节阀的特性曲线应呈线性，工作段应大于70%，其回程误差应小于最大流量的3%。
4、调节阀的死行程应小于全行程的5%。
过热减温调节阀作为主蒸汽温度的最后修正手段。Ⅰ级减温布置在前屏过热器出口联箱和后屏过热器进口联箱之间。Ⅱ级减温布置在后屏过热器出口联箱和高温过热器进口联箱之间。以锅炉过热器管道内的蒸汽温度、压力等信号来控制阀门开度，从而调节喷水管的进水量，以使所需温度的变化保持在允许范围内。它的动作灵敏度直接关系到过热蒸汽温度的变化，所以调节阀的安全性与可靠性直接影响到机组的安全运行。
在我厂2台300MW机组刚刚建成投运后的一段时间里多次发生了由于调节阀堵卡，内漏及由于盘根造成的外漏现象。对机组的安全高效满负荷运行造成很大的问题。因此调节阀的检修质量以直接影响到机组的运行状况，所以为了机组的安全和稳定我通过查阅资料和攻关研究对调节阀的日常维护制定了相应的对策。同时对故障进行了分类。
调节阀的结构图：

一.预防性维修
预防性维修主要是为了保证调节阀可靠运行，而在未出现故障时就采取的预防性检修措施，包括调节阀在现场安装和使用时所采取的一系列预防性措施；预防性维修是在调节阀发生故障之前的计划检修，是根据过去的运行经验，在安装和使用过程中，在调节阀还没有出现故障的情况下，按时对调节阀进行的一种预防性维修方法，它的目的是防患于未然，我们通常会根据调节阀不同的运行情况制定相应的故障预防措施，由于故障没有发生就进行维修，可大大降低故障发生的概率。
二.故障性维修
故障性维修即调节阀在故障情况下不能满足操作要求时所进行的一系列检修工作是当调节阀出现故障时才进行的一种维修方法，由于设备发生故障才维修，常常造成停机停炉的现象，严重时甚至出现设备损坏或人员伤亡等。故障性维修是生产过程中所不希望发生的。　在调节阀实际应用当中，预防性维修和故障性维修通常结合起来运用，以前者为主后者为辅，最大限度地延长调节阀的有效使用寿命，提高系统的调节质量，从而确保生产装置长期、安全、高效运行。
通过全面质量管理的基本方法，P、D、C、A循环法我们找出了影响调节阀正常工作的主要因素：
一：卡堵现象
调节阀在运行当中最容易发生的就是卡堵现象。在调整门整个运行周期中卡堵现象都能够发生，他是调整门安全运行的头号杀手。
在故障发生后我们采用以下方法来消除故障：可迅速开、关调节阀，让被卡物从阀门处被减温水冲跑。另一方法则可增加气源的压力，增加驱动功率力，反复上下移动几次，也可解决卡堵问题。
但是为什么会产生卡堵现象呢？为了从根本上解决原因我们通过整理检修记录和查找资料发现在一个运行周期中开始和结尾是发生卡堵现象的高峰，这是为什么呢？通过查找样本我们发现原来新投运系统和大修投运初期，由于管道内焊渣、铁锈等在节流口、导向部位造成堵塞使介质流通不畅。另一个就是一般热力系统的疏水质量要比给水质量差很多,运行时疏水中的锈蚀物极易沉积在高加疏水及给水的调整门处。锅炉给水调整门安装位置较高,给水流量较大,流速较快,而且给水到达给水操作台前已经在凝汽器、除氧器、高压加热器等容器滞留过,热力管道内壁的大部分高温氧化铁皮被高温高压介质溶解剥离,颗粒较大者沉积在上述容器的底部,只有较小的颗粒能到达给水操作台,并被吸附在给水调节门。根据上述原因我们制定了完整的检修操作规程。在跟换阀门时我们严格要求对管道进行清理，阀门的焊接采用氩弧焊的形式，从根本上解决了管道内焊渣、铁锈等杂物的形成。同时新系统投运前和大修后我们有针对性的对锅炉进行酸洗，尽可能的消除残留物。对于热力系统内的氧化铁我们采用机组试运期间热力系进行多次的冷态、热态彻底冲洗,并且在停机后对凝汽器、除氧器、疏水箱等容器的底部进行人工清理,除去沉积在里面的锈蚀物及泥砂等污物,以利于汽水质量达标。通过上述方法的实施我们有效的降低了调整门的卡堵问题，保证了机组安全有效的运行。
二：泄漏现象
调整门在运行当中会发生泄漏现象。根据泄漏状况不同我们将他分为内漏和外漏。首先我们来分析内漏。
内漏，我们总结记录得出内漏大体可以分为三种：
1.阀杆长短不适
阀杆长短不适，气开阀，阀杆太长阀杆向上的（或向下）的距离不够，造成阀芯和阀座之间有空隙，不能充分接触，导致关不严而内漏。

2. 气关阀阀杆太短
气关阀阀杆太短，导致阀芯和阀座之间有空隙，不能充分接触，导致关不严而内漏。
　解决办法：应缩短（或延长）调节阀阀杆使调节阀长度合适，使其不再内漏。
3. 阀芯、阀座密封面泄漏
阀芯、阀座密封面材料损坏是造成内漏的主要原因。是由于调节阀运行过程中的汽蚀以及生产过程中的铸造或锻造缺陷造成的。在调节阀解体检修过程中我们往往会发现在阀芯、阀座结合面出有很多小的磨点和深痕，刚开始的时候我们认为是由于介质里面有异物而引起的压痕。但是通过对运行状态的分析和压痕形状的对比我们发现调节阀在正常运行中很少有完全关闭的时候，而且对比压痕我们发现痕迹的不对称性。那这些痕迹是怎么产生的呢？通过查找文献我们发现产生缺陷的罪魁祸首是汽蚀。汽蚀现象是指介质流经阀内腔缩流处时，流速最大，压强能最低，如果这时的压力低于介质的饱和蒸汽压，液体气化，部分转变成含蒸汽或气体的气泡；当介质流过缩流处后，压力升高，如果超过饱和蒸汽压值，汽泡发生破裂，重新由气(汽)相变为液相，这个过程称为汽蚀或空化(Cavitation)。当汽泡爆裂时，喷射释放巨大的能量，并产生振动波，实验证明，150μm直径的汽泡破裂，液滴喷射速度达到400km/h，产生的瞬间爆破压力可达数千公斤，对阀内件表面造成严重冲击和侵蚀磨损，同时还会导致剧烈振动和高噪音、阻塞流的发生。出现严重汽蚀时，在很短的时间内，阀内件将被损坏或者阀门的工作特性将发生改变。冲蚀材料损坏是由锐利的粒子冲击物体表面产生的。它与磨粒磨损相似，但表面很粗糙。而擦伤是指密封面相对运动的过程中，材料因摩擦引起的破损。
　解决方法：首先把好阀芯、阀座的材质的选型关、质量关。在阀门选型时，充分利用法则，控制出口流速，避免或降低阀门的损坏程度。同时尽量避免阀门在小流量高压差状况下的运行。
接下来谈谈外漏，我们总结记录得出外漏也可以分为三种：
1.阀体外漏
阀体外漏，阀体外漏主要原因是调节阀在设计中没有充分预计到减温水冲蚀的严重性，阀门出口处被减温水长久冲刷，阀体出口变薄，追终导致阀门泄漏。
解决方法： 在没有新门更换的条件下，只好补焊处理。并及时与厂家联系，要求改进阀门结构，增加阀体的厚度，选用不同的材质来加工。以便今后更换此类阀门时，能够使用的长久些。
2.阀门的法兰接合面泄漏
阀体连接部位密封，就其密封性质而言属于静密封，其应满足下列要求：能适应温度和压力的急剧变化;多次拆卸而不损坏密封元件;结构简单、紧凑，金属消耗量少;对振动和冲击载荷不敏感;能满足各种工作介质的使用要求。阀门的法兰接合面泄漏一般来说都是安装和检修工艺的不到位引起的，也是唯一一个可以避免的泄漏点。只要在安装和检修中严格按照工艺流程来进行组装，合理的使用密封垫一般来说阀门的法兰接合面泄漏是可以防止的。
3．阀杆填料泄漏
调整阀的外漏中阀杆的填料泄漏一直是老大难问题。通过记录我们发现阀杆泄漏次数一直居高不下。这是为什么呢？我们知道在正常情况下填料装入填料函以后，经压盖对其施加轴向压力。由于填料的塑性，使其产生径向力，并与阀杆紧密接触，但这种接触并不是非常均匀的。有些部位接触的松，有些部位接触的紧，甚至有些部位没有接触上。调节阀的使用特性决定了他终是在不停的进行开启和关闭。阀杆同填料之间也不停的做着相对轴向运动，在整个过程中，随着高温、高压和渗透性强的流体介质的影响，调节阀阀杆与填料间产生了界面泄漏。界面泄漏是由于填料接触压力的逐渐衰减，填料自身老化等原因引起的，这时压力介质就会沿着填料与阀杆之间的接触间隙向外泄漏。知道了原因也就有了解决方法。
方法 1.我们调正了对阀杆的表面的光洁要求，对阀杆表面的光洁的度进行了重新处理，尽量减少阀杆和填料之间的摩擦系数，延缓了填料的损坏时间。
方法2.首先我们来看看填料密封材料特性①有一定的塑性。在压紧力作用下能产生一定的径向力并紧密与阀杆接触。②有足够的化学稳定性。不污染介质，填料不被介质泡胀，填料中的浸渍剂不被介质溶解，填料本身不腐蚀密封面。③自润滑性能良好。耐磨、摩擦系数小。④阀杆存在少量偏心的，填料应有足够的浮动弹性。但是普通的石墨填料无法满足调节阀的运行工况，通过实验我们发现如果完全使用普通的石墨填料那么压盖太紧则加大执行机构的工作强度，无法进行小开度高精度的调节。反之压盖太松则容易引起阀杆的泄漏引起事故。两者之间无法进行很好的协调。通过多方面的研究和考察最终我们选用了美国FISHER公司专用组合填料。
（如下图）

同时对比以上两种专用填料的优缺点（对阀杆的摩擦系数的大小和高温、高压和渗透性强的流体介质的影响）后我厂现在使用的是A型组合填料，在使用了该组合填料后调整阀的阀杆泄漏次数明显的下降了。
三.阀门的振荡
震动可以分为自振频率和共振频率。
当结构受到某种外界干扰后会产生位移或速度，但外界干扰消失后结构将在平衡位置附近继续振动，这种振动称为结构的自由振动。结构自由振动时的频率称为结构的自振频率。自振周期:是结构本身的动力特性。与结构的质量m和刚度k11物体的高度H,宽度B有关。当自振周期与周围的环境的周期接近时,共振发生,对设备造成很大影响，加大震害。
我们知道锅炉在运行中会发生振动，阀门安装在管道上由于介质的流动执行机构的动作也会发生自振。所以自振是无法避免的。我们要阻止的是锅炉管道和阀门之间的共振。由上述我们知道要改变振动周期需要改变结构的质量m和刚度k11，物体的高度H和宽度B。所以要改变锅炉的自振周期几乎是不可能的那么我们只能改变的是单个调节阀的自振周期。影响调节阀振动的条件有以下几点：
1.调节阀的弹簧刚度不足，调节阀输出信号不稳定而急剧变动易引起调节阀振荡。
2. 选型不当，调节阀工作在小开度，存在着急剧的流阻，流速、压力的变化超过阀的刚度，稳定性变差，严重时产生振荡。
3.安装不当调节阀安装在架空的管道上周围没有支吊架和固定机构，由于调节阀自重比较重在阀门的运行过程中就会产生振荡现象。
综观上述原因我们提出了以下几点解决对策：
1.弹簧刚度不足引起的就选用大刚度弹簧，或者改用另外执行机构。
2.工作在小开度造成的振荡，调节阀的调整曲线的线型不好，则是选型不当必须重新选用线型好的阀门。控制阀选型的原则:　1.根据工艺条件，选择合适的结构形式和材料。 2.根据工艺对象的特点，选择控制阀的流量特性。 3.根据工艺操作参数，选择合适的控制阀口径尺寸。 4.根据工艺过程的要求，选择所需要的辅助装置。5.合理选择执行机构。执行机构的响应速度应能满足工艺。
3.由安装不当引起的振动我们在阀门两端加装支吊架，减少震荡。对振动较轻微的，也可增加阀门刚度来消除。
通过对过热减温水调节阀故障的分析和采取适当的处理，改进方法，将大大提高调节阀的利用率，提高了设备的健康水平。使设备的使用寿命得到了延长，提高了机组的安全运行率，同时为企业节约了大量的检修费用。经过我们初步的计算，在一个大修周期中以一台调节阀22万来计算，我厂现有四台机组上共有调节阀14台能够节约80～100万的检修费用。

参考文献
[1] 吴国熙主编，《调节阀使用与维修》，化学工业出版社.1999.
[2] 陆培文主编，《调节阀实用技术》，机械工业出版社 2006
[3] 徐 灏主编，《密 封》，冶金工业出版社 1999
[4] 华东六省一市电机工程（电力）学会 编 ，《锅炉设备及其系统》中国电力出版社 2003