作者 | 王飞，吴增祎，倪杰凯，王坤坤
摘要：
阀门作为工业生产中的重要控制设备，其故障通常会影响整个生产流程的顺利进行。了解阀门的常见故障及其处理方法，对保障生产正常进行具有重要意义。国内火电高参数机组大多使用进口品牌阀门，虽然其整体质量高、可靠性好，但在使用中仍出现了较多故障。某火电厂在使用不同品牌进口阀门时发现众多问题，本文列举了阀门内漏、哈夫节脱开、支座断裂、阀座裂纹、阀体裂纹等典型故障，立足于实际工作经验并结合文献资料，对各种故障进行描述、分析、总结，确认进口阀门故障由设计、制造、使用等各种因素导致，并提出处理对策，为使用进口阀门的企业提供借鉴，助推阀门国产化进程。
关键词： 阀门；电站；进口；故障
根据行业标准NB/T 47044-2014《电站阀门》的内容，电站阀门一般指用于火力发电机组的钢制阀门，种类分为截止阀、闸阀、止回阀、安全阀、调节阀、疏水阀、电站蝶阀、电站堵阀等。与其他阀门产品相比，电站阀门的主要特点是高温高压，由于性能技术特性与工况特殊性，该产品形成了其他产品所替代不了的特点。
在电站阀门使用过程中发现了众多问题，王璋奇等介绍了电站阀门面临的控制、强度、振动、泄漏等技术问题，提出了开展控制、振动、强度等问题的相关性研究，选择对重要阀门进行状态监测等解决对策。许辉等结合火电厂四大管道主阀门的工作原理、服役特点，综述了服役前后阀门的主要缺陷类型、形成机理以及损伤机制，总结了主阀门的原始缺陷、局部应力集中、组织性能退化等对阀门服役性能的影响，并对阀门中常见的应力腐蚀和疲劳失效问题进行了分析，阐述了相应的治理措施。黄汉辉利用Fluent对汽包连排阀内部流场进行数值仿真，通过改变其部分结构进行对比分析，发现高温高压汽包连排阀失效机理为杂质颗粒对阀体的冲刷磨损。魏道君等针对某发电厂#1、#2锅炉再热器减温水调节阀实际运行中出现的零开度漏流、小开度调节线性差等问题，提出了将调节阀芯改为三重密封结构、节流套改成三级调节结构、阀门流量调节线性曲线采用等百分比特性曲线的改造方案。许乃同研究了锅炉效应所导致的火电厂热力系统中闸阀损坏问题，即闸阀关闭后，封闭于阀腔内的介质被加热，阀腔产生巨大的压力导致阀杆填料损坏泄漏甚至阀体损坏，提出加装平衡管等解决措施。骆澎潇通过收集历史运维数据，对于阀门内漏、阀门外漏、开关不到位、间歇性跳动等故障，结合气动调节阀的工作原理及系统应用，对故障现象、故障原因及处理方法进行探讨和分析，进而完成阀门的故障处理与设备优化，确保设备安全可靠的运行。现有火电高参数机组使用了较多的进口品牌阀门，不仅整机、配件价格昂贵，而且供货速度慢，易受贸易风波影响，因此确保进口电站阀门可靠运行及合理维修尤为重要。通过查阅文献，发现鲜有对进口电站阀门故障进行专题汇总论述，因此本文对某火电厂不同品牌进口阀门在使用中发现的典型问题进行描述、分析、总结，并提出对应的处理对策，其中部分失效形式在现有的文献资料中并未查到，故可供同行参考、借鉴。
2.1 调节阀内漏
#1炉再热器减温水气动调节阀由于故障而解体检查，发现阀腔上端内件适配器表面有明显的吹损痕迹，沿径向呈宽窄不一的沟槽，如图1所示。经查阅图纸及现场复原组装后，推断为出厂前装配时阀盖密封垫片跨适配器、阀腔上端（见图2），两者并不平齐，造成密封垫受力不均，且在运行中适配器侧密封垫损坏导致介质泄漏，高速流体产生巨大的冲击作用；同时，在密封垫损坏后，固体微小颗粒混于介质中，这些颗粒被高速流体携带冲向适配器表面，刮出痕迹，在适配器与阀盖结合面产生冲蚀（石墨复合垫片中内层增强平板未破损，故仅适配器侧损坏），因此在适配器表面出现形状不规则且指向一致的沟槽。为解决上述问题，可通过更换适配器及全部密封垫，进行二次装配，确保阀盖密封垫受力均匀；此外，计划待机对其他相似结构的气动调节阀检查处理。
#1机高压旁路阀、中压旁路阀运行中相继发生关阀后的阀后温度异常升高情况，疑似发生了内漏。检修中解体检查发现阀芯、阀座均有冲蚀痕迹，阀芯侧更为明显，如图3所示。由于高、中压旁路阀经常小开度开启，在高压差及高流速环境下，流体的雷诺数较高，极易形成湍流运动；而湍流运动的能量较大，高能量蒸汽对阀芯、阀座造成了极大的切削力，在阀芯、阀座结合面处产生了冲刷损伤，启动时若蒸汽中带有水滴或异物则会加重冲损。冲刷损伤速率（即严重程度）首先取决于介质流速，其次与冲击角度有关。阀笼通流孔沿圆周均匀布置，高速介质由通流孔对密封面产生冲击，阀芯端部规则凹坑的形成是阀笼对应的出汽孔的汽流冲刷所致。针对上述问题，对阀芯堆焊司太立合金，并对阀座进行渗氮处理，以强化抗冲蚀性能；此外，阀门在运行中应避免20%开度以下开启，且尽量缩短小开度下的停留时间。某次#1机组启机后，中压旁路阀远程操作打开，直至全开至100%，但中压旁路阀的阀后温度始终维持在30 ℃左右，疑似中压旁路阀未正常开启。经现场检查发现，中压旁路阀的气动执行机构与阀杆之间的连接哈夫节四支固定螺栓上有三只固定螺帽已经松脱掉落，剩余一只明显松动，如图4（a）所示；拆除中压旁路阀的执行机构与阀杆连接的哈夫节，检查发现哈夫节内部配合阀杆侧的内螺纹明显拉毛，变形严重，如图4（b）箭头处，且阀杆螺纹存在明显毛刺，哈夫节失效导致执行机构与阀杆未能有效连接，远程操作未能拉动阀杆，阀门实际上仍处于关闭状态。哈夫节失效原因经分析为：（1）技术原因：阀门布置于距离汽轮机较近的钢平台上，主机运行振荡引发的平台振动及阀体内介质过流导致的振荡均可能造成螺栓松动；由于阀门水平布置，振动作用下的长阀杆反复弯曲变形，螺纹咬合处受损，最终在哈夫节处脱开。（2）管理原因：在日常工作中未能重视此处螺栓可能松动的问题及原因，未安排定期检查紧固，在日常巡检过程中未及时发现螺母松动；启机前进行阀门活动试验时，就地检查人员未发现阀门活动中阀杆未动作。针对上述问题，将哈夫节内部螺纹和阀杆外螺纹用锉刀进行修复后回装，并在每只螺栓上加装锁紧垫片；此外，定期检查中压旁路阀哈夫节连接情况并进行复紧。#2机组在进入168小时满负荷试运前的检查发现，1个高温再热蒸汽疏水阀、2个中压旁路疏水阀、2个低温再热疏水阀在短时间热态运行后均发生执行机构支架断裂的情况，断裂初始位置均为与阀门连接的L角处，断口形貌呈明显的脆断迹象，如图5所示。随后对5个支架进行更换，从断裂的5个阀门执行机构支架中取其中1个进行力学性能试验，发现试样的抗拉强度为214 MPa，冲击功平均值为2.5 J，询问厂家得知材质为铸铁，牌号为ASTM A48 CLASS30A，属灰口铸铁，相当于国产牌号HT200，冲击韧性差。此外，结合两台机组同类阀门运行至今只发生这1次断裂的情况，考虑5个阀门支架断裂存在预紧力过大等装配因素。在某次处理#2炉高压过热向空排二次阀内漏问题时，发现阀座沿径向有1条裂纹（图6箭头处），具有热疲劳裂纹特征。热疲劳产生机理一般分为4类：冷热流体交汇、阀门泄漏、湍流侵入、系统瞬变。本案例热疲劳裂纹产生的原因是冷热流体交汇，推断是由于向空排二次阀后管段竖直通向大气，蒸汽排放后形成冷凝水，冷凝水沿管内壁反流至阀体、阀座等，阀体内件反复承受热、冷流体作用而疲劳开裂。由于该裂纹处理难度大，且尚难以确定阀体是否有其他裂纹，故采取更换阀门的处理方式，综合考虑可靠性、供货周期、成本等因素，以国产品牌阀门替代进口阀门。#1炉运行约15200 h后检修，高压给水主路调节阀前的电动隔离阀阀体经磁粉检测发现有断续约10 cm长的裂纹，如图8方框内所示。阀体材质为ASTM A105，锻造而成，打磨发现为制造缺陷（非金属夹杂）扩展所致，夹杂物最深约4 mm，裂纹均较浅。非金属夹杂是一种由原材料缺陷造成的锻件缺陷，主要是在熔炼或浇铸的钢水冷却过程中由于成分之间或金属与炉气、容器之间的化学反应而形成。夹杂物尖端部位形成应力集中，服役时在外部应力作用下成为裂纹源。该闸阀阀体最大应力出现在进出口管内侧与阀体中腔交界处分型面附近，裂纹所在的肩部外壁同样为应力较大处，主应力与裂纹扩展方向垂直，若裂纹未能及时发现，则其会沿长度、深度方向扩展，最终导致阀门发生泄漏或爆裂，造成安全事故。针对上述问题，将缺陷打磨消除，需磁粉检测合格后，核算阀体剩余厚度是否满足强度要求，并进行圆滑过渡处理；此外，应扩大检查范围，对#1炉高压给水管道同规格、同材质的3个手动阀门的阀体进行磁粉检测，以此判断其他设备是否存在裂纹。某次机组启动过程中，中压系统超压导致#2炉中压过热器出口安全阀动作，但当系统压力降至正常工作压力以下时，发现该阀并未回座，即安全阀排放后其阀瓣未重新与阀座接触。停机检查发现阀杆顶部锁紧螺母下行，卡在手动拉杆卡块处，致使阀杆及阀瓣无法下落。经分析后认为，此现象是由于校验后未将阀顶螺母锁紧，安全阀动作时随着阀杆上升、振动，螺母松动下行，当其卡住时安全阀难以回座。同时，该现象暴露了设计方面的问题，即该螺母仅靠拧紧来抑制其活动，这一方面要求校验人员注意拧紧，另一方面应参照其他安全阀螺母开孔，穿丝锁紧。
某电厂在使用中发现进口阀门出现众多问题，包含设计与制造因素，如内部结构过于复杂，1个再热器减温水气动调节阀配有7个不同规格、材质的密封垫；设计的阀门密封结构、部件材质抗流体冲蚀力差；支架等辅助件材质等级过低；阀体铸、锻工艺控制不严出现的缺陷；装配不当等。同时，还包含安装、运行、维护因素，如未按说明书要求安装导致阀门某些部件开裂；阀门长期在小开度下运行导致冲蚀严重；阀门连接部分检查不到位导致松动甚至松脱；防护不当造成冷凝水流至阀体内外；安全阀校验时细节操作不到位等。这些问题部分需要通过修复、改造甚至整体更换解决，部分需要通过改进安装、维修、校验工艺并严格执行解决，众多研究人员试图进行国产化替代进口阀门，更需避免出现上述问题。当前，国际阀门市场竞争激烈，电站阀门中的进口品牌阀门占有较大份额，企业应深入了解其结构设计与制造原理，使进口电站阀门发挥最大的作用，从而保证电站系统的运行安全。
*本文节选自《阀门 · 学术版》2025年第10期，文章内容不代表《阀门》立场，如有不同观点，可以留言讨论，友好交流，共同进步。
