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三门核电汽机旁排阀异常过开问题分析与处理
2018-8-8 07:07 中国泵阀第一网 作者:佚名 点击:1503
【中国泵阀第一网 行业论文】气动阀以压缩空气作为动力源,执行机构气缸进气后克服弹簧力带动阀杆将阀芯提起。阀门出现过开现象,很可能是气缸中压力异常或不稳定导致,而产生这一现象的原因有两种:压空气源流量、压力不稳定和阀门仪控附件工作异常)通过检查排除了第一种可能,所以针对剩下的仪控附件进行了重点检查,其中最主要的就是带有阀位调节功能的定位器和流量放大功能的气动放大器。

翁佳磊

(三门核电有限公司,浙江 三门317112)

摘 要:介绍三门核电汽机旁排阀蒸汽吹扫试验期间阀门异常过开问题,分析了阀门异常的原因,并在厂家技术支持下对阀门进行了改造,同时对后续运行和维护提出了建议。

关键词:旁排阀;蒸汽吹扫;阀门过开;定位器;疏水

1 概述

三门核电一号机组热试期间,在执行汽机旁排阀蒸汽吹扫试验时,有三台阀门在开启过程中出现了阀位异常窜升且开度超过100%现象,阀门过开导致部分零件受损。本文对旁排阀过开问题排查做了简要介绍与分析。

2 阀门简介

三门核电汽轮机旁排阀分三列,每列两台,分别连至三台凝汽器,共计六台旁排阀。旁排阀由日本CCI K.K.公司生产,为避免阀门运行过程中振动、噪音对阀门控制性能的影响,阀门定位器采用了远程式安装,除定位器阀位反馈装置与限位开关安装在执行机构本体上,其余仪控件都安装在分体式控制而板上。阀门控制回路如图1,该阀门具有调节、快开、快关三种工作模式,通过控制S1、S2、S3、S4四个电磁阀的得失电实现,当电磁阀S1、S2、S4得电,S3失电时,阀门处于调节模式;当S1、S2、S3、S4都得电时,阀门快开;当S1、S2、S4任一电磁阀失电,阀门快关。

电磁阀 定位器 安全阀 疏水阀

图1 旁排阀控制回路图

3 阀门检查

热试期间三台旁排阀出现了异常(1-TBS-PL-V002A、1-TBS-PL-V003A、1-TBS-PL-V002B),三台功能正常(1-TBS-PL-V003B、1-TBS-PL-V002C、1-TBS-PL-V003C)。在厂家人员技术支持下,分别对六台旁排阀进行了全而检查,检查内容主要分三个方而:阀门仪控附件、阀门执行机构及其本体、阀门诊断试验。

3.1 阀门仪控附件

气动阀以压缩空气作为动力源,执行机构气缸进气后克服弹簧力带动阀杆将阀芯提起。阀门出现过开现象,很可能是气缸中压力异常或不稳定导致,而产生这一现象的原因有两种:压空气源流量、压力不稳定和阀门仪控附件工作异常)通过检查排除了第一种可能,所以针对剩下的仪控附件进行了重点检查,其中最主要的就是带有阀位调节功能的定位器和流量放大功能的气动放大器。

3.1.1 定位器

旁排阀配备的定位器是FISHER提供的DVC6000系列智能定位器,通过对定位器的参数检查发现定位器实际参数与CCI出厂默认值不一致,如比例增益现场实际值都在18附近大于厂家默认值8.5..增大比例增益可以加快阀门的响应速度,但同时也会增加阀门超调的可能性。

为监测阀门工作时气缸内压力变化,在阀门离线状态下,将一套压力监测装置与阀门气缸相连(C1-TBS-PL-V002B),然后更改定位器参数,通过信号发生器输入阶跃信号监测气缸压力。通过对比发现,定位器现场实际参数在阀门动作瞬间的压力曲线尖峰比厂家默认参数略大,说明气缸进气速度更快,这与定位器比例增益的设定大小相吻合。

但是两组压力曲线都没有出现不可控的情况,说明两组参数对于定位器来说都是可接受的,在阀门离线状态下并没有出现气缸压力异常的现象。

3.1.2 气动放大器

通过对气动放大器旁路阀的检查,发现开度圈数与厂家默认值同样不一致,该旁路阀总开度共有5圈,厂家默认设定为4圈,而实际都偏小,开度圈数过少,会导致气动放大器膜片动作过于灵敏,进而导致阀门响应过快产生超调和震荡现象。

3.2 阀门执行机构及其本体

为查找旁排阀异常过开的原因,在厂家支持下对四台旁排阀进行了解体检查,包括三台异常的阀门和一台正常的阀门(1-TBS-PL-V003CJ,其中解体正常的阀门是用于和其他三台异常阀门进行对比检查。

检查结果如下:

(1)阀内件(阀芯、阀笼、阀杆):没有发现可能导致阀门异常过开的症状,如划痕、异物等,主要针对的是异物,因为该阀门是先导式安全阀,阀门过开的瞬间考虑先导孔被堵塞,或先导阀损坏/异常。

(2)限位螺栓:1-TBS-PL-V002A、1-TBS-PL-V003A的限位螺栓由于阀门过开撞击顶盖产生变形。

(3)阀位反馈杆:由于阀门过开导致1-TBS-PL-V002A、1-TBS-PL-V002B、1-TBS-PL-V003A阀位反馈杆变形。

通过解体工作,检查了阀门执行机构与阀门本体的状况,除了部分零部件由于先前的过开导致了损坏,并无发现其他异常,而且通过与正常阀门的对比也无发现任何加工或装配上的区别。

3.3 阀门诊断试验

通过连接Valvelink阀门诊断装置,试验发现阀门的填料摩擦力相较于厂家设计都偏大,而过大的摩擦力会导致阀门动作时出现卡顿,动态响应时出现超调现象,也可能导致阀门在某一开度区间出现震荡,阀位无法稳定的状况。而填料摩擦力偏大的问题一般可通过更换新填料的方式来改善。

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图2 工艺流程简图

4 阀门过开原因分析及解决方案

经过一系列检查,正常动作的阀门和发生过开的阀门本体之间没有明显区别,没有发现能导致阀门过开的原因。然而阀门附件中的定位器参数与气动放大器旁路阀旋出圈数与厂家出厂设置不一致,合理的设置可以改善阀门的性能。另一方而,以1-TBS-PL-V002A阀门为例,在蒸汽吹扫期间,给阀门0%-70%的阶跃信号,阀门会迅速过开至100%,紧接着迅速关至20%,最后开至70%并维持稳定。阀门在经过一次异常的过开过关后,能够稳定在指定阀位。这一现象说明阀门可能只在开启过程的前几秒会出现异常。从工艺系统角度考虑(工艺流程简图如图2),每列旁排阀上游都引出了一路疏水管线,每路疏水管线都并联了疏水器(A、B列各两个,C列一个)和一个疏水阀器旁路阀,旁排阀A列是汽机旁排主管线下游的第一条支路,这就意味着A列管线相当于一个冷凝水聚积点,在当时电站工况下,由于异物堵塞风险疏水器并未投用,疏水是通过疏水器旁路阀实现,在吹扫试验前人工打开旁路阀疏水,所以如果旁排阀开启前疏水不充分,冷凝水会聚积在旁排阀上游,那么由于水锤效应,阀芯在提升过程中受到冷凝水的冲击,导致阀门可能会在开始的几秒内产生过开现象。  

由此,可以判断阀门过开的原因可能有以下两种:

(1)定位器和气动放大器设置与厂家默认值有差异,导致阀门响应过快。

(2)阀门启用前,上游管道输水不充分,可能产生水锤现象。

解决方案:

在厂家的技术支持下,针对过开可能的原因,进行了以下改造。

(1)为降低阀门响应的灵敏度,全开气动放大器旁路阀。

(2)为降低阀门响应的灵敏度,对定位器参数进行调整,具体参数值见表1。

(3)为减缓进气速度,在至气缸的气源管前加装了直径l10mm的节流孔板。

(4)更换所有阀门的填料。

(5)为消除疏水的影响,始终投用疏水器。

另外,在阀门回装前也对损坏的限位螺栓和定位器反馈杆进行了修复或更换。

表1 定位器等附件参数

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改造完成后,再次执行旁排阀吹扫试验,阀门动作正常,无异常过开现象。

5 根本原因分析

5.1 阀门角度

在阀门单体调试期间,阀门并未出现过开现象,期间也对阀门进行了诊断。以其中一台异常过开的阀门为例,在斜坡信号下阀门阀位、气缸气压变化平稳,阀杆应力在开启、关闭过程中除了在先导阀芯动作时有一个阶跃,其他时刻都受力均匀,无突变,如图3所示;在阶跃信号下,阀门对阶跃指令也具有较好的跟随性,且无明显超调现象,如图4所示。

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图3 斜坡信号

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图4 阶跃信号

再从阀门设计角度考虑,该阀门本身具备快开功能,在S1、S2、S3、S4四个电磁阀同时得电情况下,压空会旁路气动放大器,并通过两个气控换向阀直接进入气缸,执行机构完全可以承受饱和压空直接进入气缸带来的冲击。而在解体阀门时发现执行机构的限位螺栓已经变形,说明阀门过开瞬间的力并非压空引起,而且远大于压空所能产生的力。因此阀门过开现象,可以排除是由于阀门及其附件所引起。

5.2 工艺系统角度

根据工艺系统流程简图不难发现,汽轮机旁排阀分三列,A列位于汽机旁排主管线的最上游,B列次之,而C列则位于管线的最下游,由此可以推断A列旁排阀入口的管线最容易聚积冷凝水。在一开始的吹扫试验时也印证了这一推断,A列的两台阀门都发生了过开现象,B列的只有一台,而C列的两台则均动作正常。同时在阀门执行机构解体时发现,A、B列3台出现过开的阀门,A列的两台阀门的执行机构限位螺栓出现了变形,同时A列两台阀门的支撑架也都出现损坏,而B列出现过开的阀门并没有上述现象,说明虽然A列、B列阀门都出现了过开现象,但A列过开时产生的冲击要大于B列,因为A列管线上游聚积的凝结水比B列更多,进而导致水锤现象更为严重。

综上考虑,旁排阀吹扫期间出现的异常过开现象是由于疏水不充分产生水锤导致。

6 后续建议

(1)为避免旁排阀过开导致阀门损坏,在今后动作阀门前需提前投用疏水器充分疏水。但在首次蒸汽吹扫时,考虑到管道杂质较多,为防比杂质堵塞疏水器,应先开启疏水器旁路阀疏水,再投用疏水器,在此期间可通过红外测温枪测量疏水器旁路阀的阀杆温度,当测得的阀杆温度大于150℃时,基本可以确定管道已充分疏水。

(2)定位器参数、气动放大器等仪控附件的设置虽然不会引起阀门瞬间的过开现象,但是合理的设置能避免阀门产生超调和震荡,减少由此给阀门带来的瞬态冲击。因此,在今后的检修或仪控附件更换时,因首先遵循厂家的推荐设定值,只有当不满足性能要求时再对设定值进行微调,以达到阀门更好的调节性能。

(3)通过阀门诊断工具对阀门进行定期诊断试验,得到阀门一系列的性能参数,如弹簧斜率、阀门行程、执行机构出力及裕量、阀芯落座力、填料摩擦力等。通过将诊断结果与阀门出厂数据表和最近一次诊断结果进行对比,及时了解阀门的整体性能,合理安排预防性维修周期,消除潜在故障源,确保阀门运行期间性能良好。

7 结束语

汽机旁排阀作为汽机旁排系统的主要设备,在机组正常运行工况(包括启动和停机)和非正常瞬态(汽机跳闸、阶跃降负荷、主蒸汽管线隔离)时起到主蒸汽的排放功能,其重要性不言而喻。本文对旁排阀热试期间异常过开问题的分析排查与处理进行了简要介绍,提出了阀门异常过开的几种可能性,并最终得出其管道输水不充分为阀门异常的根本原因;同时也对阀门的后续运行和维护提出了建议,希望有助于后续阀门的操作与检修工作。

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(来源:中国泵阀第一网)

本文标签: 电磁阀 定位器 安全阀 疏水阀 
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