电磁先导阀阀芯故障的分析及处理

       田湾核电站主蒸汽系统的主蒸汽隔离阀前设有主蒸汽大气释放系统,以防止二回路主蒸汽系统超压,避免主蒸汽安全阀的动作。主蒸汽大气释放系统中安装了先导式介质自驱动快速动作隔离阀,其先导阀为电磁先导阀,该阀在机组热态试验及功率调试运行期间出现了阀芯磨损的故障,导致机组被迫停机进行缺陷处理,对整个试验的进程产生了严重影响。通过对故障部件的检查和分析,对其结构做了改进,使试验正常进行。

       在一号机组进入热态试验及功率调试运行期间,由于二回路凝汽器缺陷导致真空无法建立,主蒸汽系统被隔离,使热态下蒸汽发生器产生的蒸汽无法向凝汽器排放,一回路无法保持温度和压力。在此情况下,大气释放隔离阀起到了调节和保持热态时一回路温度和压力的作用。在此期间大气释放阀处于开启状态(先导阀处于持续排气的开启状态),当完成二回路消缺后准备预热蒸汽管线时,在关闭3#大气释放隔离阀时发现先导阀断电后无法关闭大气释放隔离阀的主阀。现场检查发现先导阀电磁头断电后其排放管线仍然有持续排气,导致主阀上腔压力无法升高因而主阀无法关闭。经分析,确定是先导阀产生了故障,根据运行规程,机组只能退出试运行状态,进行设备的检查和维修。

部件检查

      首先对故障先导阀阀芯部件的调节螺钉、阀芯、阀杆和销钉做了检查。

调节螺钉

        当采用10×放大镜低倍宏观分析先导阀阀杆顶部的调节螺钉时,发现其螺纹磨损严重,在磨损表面有许多的蚀点,并且螺钉下端与阀芯接触的顶部已磨平。当采用扫描电子显微镜进行微观形貌分析时,发现螺纹磨损表面有大小不等、形状不同的斑坑,斑坑放大后的显微形貌分析,斑坑是由基体的剥落所形成,存在磨粒及剥落磨屑的微观特征。

       另外,局部区域有不连续、短距离的划痕。能谱分析结果表明磨损表面发生了金属迁移。金相分析还可知,调节螺钉横截面和纵截面的金相组织特征均为调质处理后的回火索氏体,其金相组织正常,在样品纵截面的外表层还可观察到沿螺钉轴向分布的形变流变组织特征。

阀芯

      阀芯上部销孔磨损,销孔内侧有较为明显的被磨压形成的凹槽,微观形貌可见有磨屑磨粒及较短的划痕等特征,磨痕边缘为挤压辗平的金属磨屑形态。阀芯内腔底部与调节螺钉接触处,可见有明显的磨损痕迹,靠中间位置形成一圆形的凹坑,微观形貌可见有剥落及腐蚀微孔等显微特性。

阀杆

      阀杆仅外圆表面有局部磨损,存在部分剥落现象,局部区域留下了与轴向基本平行的沟槽特征,可认为该阀芯与阀杆间存在周向相对运动。

销钉

     销钉两端有明显的磨损及沟槽,表面有可见剥落及较短的划痕等显微特性。

原因分析

      经检测,阀芯、阀杆、调节螺钉和销钉材料的化学成分均与设计技术要求一致。硬度测试结果显示,调节螺钉的硬度约为280HV, 阀芯硬度约为440HV, 阀杆硬度约为500HV, 销钉硬度约为550HV 。分析确定, 阀门开启时阀芯等组件沿轴向产生微小振动及周向的相对微小转动,造成了销钉、阀芯销孔处以及阀杆外表面的局部磨损。对于调整螺钉的螺纹部位而言,宏观分析及微观分析表明,该部位主要为接触疲劳引起的失效。由于螺纹连接部位存在一定的间隙,在接触应力以及泄漏引起的振动荷载作用下,金属表面的直接接触以及相对的运动,使硬度相对较低的螺杆螺纹表面产生剥落(能谱分析结果表明磨损表面发生了金属的迁移)。