朱友學(xué)，李遠(yuǎn)林，余孝德

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222000）

1 主給水調(diào)節(jié)閥功能介紹

核電廠二回路的給水來自除氧器，依次經(jīng)過主給水泵、高壓加熱器、主給水調(diào)節(jié)閥，最終流入蒸汽發(fā)生器與一回路冷卻劑換熱。主給水調(diào)節(jié)閥的功能是通過調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的給水流量從而維持蒸發(fā)器正常的2.4 m 液位，用于調(diào)節(jié)二回路給水流量的調(diào)節(jié)閥有兩種：主給水調(diào)節(jié)閥、旁路給水調(diào)節(jié)閥。其中，旁路調(diào)節(jié)閥僅在機(jī)組停機(jī)時蒸發(fā)器逆流冷卻工況投用，機(jī)組運(yùn)行工況則由主給水調(diào)節(jié)閥承擔(dān)二回路給水流量的調(diào)節(jié)作用。考慮主給水調(diào)節(jié)閥的重要性，電站將其列為關(guān)鍵敏感設(shè)備。

主給水調(diào)節(jié)閥由瑞士CCI 公司生產(chǎn)，型號為100D400，采用迷宮式調(diào)節(jié)組件，也稱閥籠，介質(zhì)通過閥籠內(nèi)部流入閥腔，經(jīng)過迷宮式流道再流出，迷宮式閥籠可起到對介質(zhì)多級降壓和均壓作用，降低介質(zhì)的擾動。主給水調(diào)節(jié)閥采用閉環(huán)控制模式，參與控制主給水調(diào)節(jié)閥的系統(tǒng)參數(shù)有三部分：蒸發(fā)器液位偏差、蒸汽發(fā)生器汽水失配情況、主給水泵流量過載限值，其中蒸發(fā)器液位偏差作為主要影響因素（圖1）。

2 主給水調(diào)節(jié)閥故障描述及分析

2.1 主給水調(diào)節(jié)閥頻繁波動現(xiàn)象

某核電廠運(yùn)行期間，主給水調(diào)節(jié)閥2LAB20AA211 在二回路穩(wěn)態(tài)時出現(xiàn)異常波動，表現(xiàn)為閥位在短時間內(nèi)大幅度高頻率振蕩，同時蒸發(fā)器液位無法維持且下行，給水流量跟隨波動，控制偏差逐漸增大（圖2）。閥門經(jīng)過一段振蕩后又自行恢復(fù)，各系統(tǒng)參數(shù)再次恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，期間無操縱員干預(yù)。

圖1 主給水調(diào)節(jié)閥

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，上述主給水調(diào)節(jié)閥異常波動現(xiàn)象的發(fā)生頻次呈上升趨勢，從最初每周一次發(fā)展到每天1～2 次，持續(xù)時間約3～4 min。閥位異常波動會影響給水流量變化，對蒸發(fā)器液位的控制能力也會下降，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，蒸發(fā)器液位下降到2.30 m 或高于2.55 m 將觸發(fā)保護(hù)動作，繼續(xù)惡化可能引起機(jī)組跳停。另外從主給水調(diào)節(jié)閥設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行考慮，閥門長時間動作會引起電機(jī)發(fā)熱，內(nèi)部的熱敏保護(hù)裝置動作，導(dǎo)致主給水調(diào)節(jié)閥無法操作。

圖2 主給水調(diào)節(jié)閥異常波動曲線

2.2 主給水調(diào)節(jié)閥更換工作點(diǎn)

旁路給水調(diào)節(jié)閥在機(jī)組運(yùn)行期間不參與調(diào)節(jié)且閥門處于關(guān)位，為驗(yàn)證主給水調(diào)節(jié)閥頻繁波動現(xiàn)象是由于當(dāng)前工作點(diǎn)造成，將旁路給水調(diào)節(jié)閥2LAB20AA212 開啟至50%開度，同時主給水調(diào)節(jié)閥2LAB20AA211 的閥位自動從72.4%下降至70.2%，此后閥門運(yùn)行一段時間未發(fā)生異常波動現(xiàn)象，但閥位曲線整體呈現(xiàn)不對稱且向上偏差，相同脈沖命令閥門關(guān)向動作量小于閥門關(guān)向動作量，閥門動作時伴隨異聲。

圖3 主給水調(diào)節(jié)閥閥位曲線

2.3 閥門解體檢查

由于閥門本身的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，閥芯受介質(zhì)的作用力是不平衡的，這部分的不平衡力等于閥桿作用面積與系統(tǒng)壓力乘積，一定程度上影響閥門關(guān)向動作量，對比其他通道的主給水調(diào)節(jié)閥的閥位曲線并沒有出現(xiàn)明顯的不對稱，也表明2LAB20AA211 閥門可能在關(guān)向阻力較大或電動機(jī)構(gòu)出力下降。

主給水調(diào)節(jié)閥要求控制蒸發(fā)器液位非常精確，各部件的異?？赡軐?dǎo)致閥門的阻力增大，其中參與閥門傳動的部件包括閥桿螺母、軸承、碟簧、閥桿，對各部件進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)明顯異常；閥門的調(diào)節(jié)組件包括閥籠、閥芯、壓環(huán)，閥籠側(cè)部的周身分布了呈規(guī)則排列的方形流道，閥芯上下運(yùn)動調(diào)節(jié)方形流道面積以控制給水流量，閥芯與閥籠內(nèi)壁、壓環(huán)內(nèi)壁存在相對運(yùn)動，若內(nèi)部有突出物可能引起表面劃傷，影響閥門動作性能。實(shí)際檢查2LAB20AA211的閥芯、閥籠、壓環(huán)的導(dǎo)向面，無影響其動作性能的缺陷。

2.4 閥門導(dǎo)向塊對閥門動作性能的影響

主給水調(diào)節(jié)閥的閥桿由上閥桿、下閥桿組成，下閥桿與閥芯連接用于操作閥芯動作，上閥桿設(shè)計(jì)有傳動螺紋，與閥桿螺母配合將扭矩轉(zhuǎn)換成軸向開關(guān)力，上、下閥桿通過聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器兩側(cè)安裝有導(dǎo)向塊，導(dǎo)向塊半插入在軛架的軌道槽內(nèi)，其作用是在閥門動作時導(dǎo)向塊受軛架軌道支撐以防止閥桿跟隨轉(zhuǎn)動，導(dǎo)向塊在軛架軌道上滑動，與軌道作用面產(chǎn)生摩擦，這部分阻力也會影響閥門的整體性能。

圖4 軛架裝配

主給水調(diào)節(jié)閥的軛架兩側(cè)各安裝了2 只導(dǎo)向塊，閥門動作時兩只銅塊分別受軌道的支撐作用，這樣設(shè)計(jì)可保證閥桿動作時徑向受力平衡，避免閥桿出現(xiàn)徑向位移。閥門開向和關(guān)向動作時由于閥桿產(chǎn)生換向，導(dǎo)向塊與軌道的作用面也相應(yīng)轉(zhuǎn)向另一側(cè)，即閥門開關(guān)時的作用面并不是同一面（圖5），主給水調(diào)節(jié)閥的導(dǎo)向塊材質(zhì)為銅合金，具有很好的自潤滑性能，對閥門的阻力影響較小，但銅合金的表面狀態(tài)會對主給水調(diào)節(jié)閥性能產(chǎn)生影響。

檢查2LAB20AA211 導(dǎo)向塊和軌道槽發(fā)現(xiàn)存在以下缺陷：①導(dǎo)向塊在閥門關(guān)向的作用面有明顯劃傷痕跡，對應(yīng)的軛架軌道槽也有異物；②原涂抹在軌道和導(dǎo)向塊作用面的潤滑脂干涸變質(zhì)且較硬；③測量兩側(cè)的導(dǎo)向塊寬度發(fā)現(xiàn)尺寸不一致，兩只導(dǎo)向塊分別距離軛架軌道的間隙不同。

導(dǎo)向塊和軛架的檢查結(jié)果表明，造成閥門關(guān)向動作異常的直接原因?yàn)閷?dǎo)向塊作用面被劃傷，雖然銅合金有較好的自潤滑性，但材質(zhì)本身偏軟易劃傷，進(jìn)而表現(xiàn)出主給水調(diào)節(jié)閥整體動作有卡阻現(xiàn)象。由于主給水調(diào)節(jié)閥需要準(zhǔn)確地控制蒸發(fā)器液位，要求調(diào)節(jié)精度較高，導(dǎo)向塊狀態(tài)輕微惡化也會對閥門產(chǎn)生影響。

主給水調(diào)節(jié)閥導(dǎo)向塊失效機(jī)理有兩個。

圖5 導(dǎo)向塊與軛架軌道作用面示意

（1）導(dǎo)向塊潤滑脂老化。根據(jù)主給水調(diào)節(jié)閥維護(hù)手冊要求，導(dǎo)向塊和軛架軌道使用的高溫長壽潤滑脂，呈白色、含有全氟化基成分，允許最高溫度可達(dá)260 ℃，而現(xiàn)場環(huán)境溫度未超過潤滑脂的使用溫度，且潤滑脂更換時間不久，但實(shí)際檢查2LAB20AA211 潤滑脂已老化、表面發(fā)黑變硬，附著在軌道上形成異物，將導(dǎo)向塊劃傷。

（2）兩側(cè)導(dǎo)向塊寬度不一致，閥門動作時只有一側(cè)導(dǎo)向塊承受軛架的支撐力，受力一側(cè)的導(dǎo)向塊摩擦力較大，加速了導(dǎo)向塊磨損，閥門換向時閥桿的轉(zhuǎn)角變大，體現(xiàn)為閥門整體機(jī)械死區(qū)增大，而且僅有單只導(dǎo)向塊支撐，閥桿受力不平衡，可能會產(chǎn)生徑向的偏斜，影響閥門的動作性能。

2.5 閥門導(dǎo)向塊和軛架軌道槽維護(hù)

在此環(huán)境高溫下使用，長壽潤滑脂本身是不易老化變質(zhì)的，但2LAB20AA211 受到其他試劑的污染，閥門維修過程中使用的除銹劑、緊固件的防咬劑、零件清洗劑等，如果使用不當(dāng)將會造成對高溫長壽潤滑脂的污染進(jìn)而引起變質(zhì)，在閥門定期維護(hù)中應(yīng)注意將各零部件清理干凈，化學(xué)試劑和潤滑脂不應(yīng)過度使用。

導(dǎo)向塊的作用面狀況和尺寸影響主給水調(diào)節(jié)閥整體性能，其表面不得有可見的劃痕、變形缺陷，可用什錦銼打磨清除，再使用較細(xì)的砂紙研磨提高表面的粗糙度和平整度，兩側(cè)的導(dǎo)向塊應(yīng)寬度一致，安裝前使用游標(biāo)卡尺測量。由于過度打磨導(dǎo)向塊會導(dǎo)致尺寸減薄，閥門轉(zhuǎn)向角變大，死區(qū)升高，應(yīng)視導(dǎo)向塊缺陷情況進(jìn)行更換。

裝配導(dǎo)向塊和軛架時，尤其注意兩者作用面的清潔，可用較硬的百潔布清理軛架上的老潤滑脂，軌道表面應(yīng)無凸點(diǎn)、起皮、拉傷缺陷。確認(rèn)不再引入其他化學(xué)試劑，最后在導(dǎo)向塊和軛架軌道涂抹高溫長壽潤滑脂，以免其被污染。

3 結(jié)論

核電廠主給水調(diào)節(jié)閥其本身承擔(dān)著控制二回路給水流量的重要作用，閥門各零部件的狀態(tài)影響閥門的控制性能，過去的維修工作中對導(dǎo)向塊部位關(guān)注點(diǎn)較低，近期的幾次主給水調(diào)節(jié)閥故障都與導(dǎo)向塊缺陷有關(guān)，逐漸引起了維修工程師的重視，經(jīng)過維修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)向塊表面狀況、兩側(cè)導(dǎo)向塊的尺寸偏差、軛架軌道清潔度以及潤滑脂的使用等因素均是影響閥門整體性能的關(guān)鍵因素。