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[摘 要]随着电力工业的不断发展，超临界机组和超超临界机组的采用，电站阀门运行工况变得更为恶劣。阀门是电站系统中不可缺少的流体控制设备，在电站事故和经济损失中，有相当部分是由阀门工作故障引发的，为了不因间门性能和质量问题而导致出现生产事故，本文分析了现阶段阁门的主要问题，并对解决这些问题的方法进行了探讨，提出了切实可行的方案。
[关键词]电站阀门 现状分析 改进思路
中图分类号：G212 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0292-01
前言：在各类管网系统中，阀门有“咽喉”之称。由于阀门性能和质量问题造成的泄漏、停产、重大事故，给工业生产的正常运行、人身安全、财产等带来了不可估量的损失（如震惊世界的美国三里岛核电站事故）。据有关资料统计，每年世界上引起的重大生产事故，其中1/3是由于阀门质量事故所造成的。具体到电力行业，由于阀门不能正常工作带来的经济损失也是相当可观的。在由锅炉和汽机等设备组成的热力、供水等管网系统中，各种阀门分别分布在主蒸汽系统、给水系统及旁路系统中。面向电站用的阀门在生产和设计中历来存在较大难度，制造上，电站阀门具有批量小、规格型式多、制造难度大等特点。由于大量的阀门工作在恶劣的工况下（如电站中的高温高压阀、核电站中某些阀门控制放射性流体），对阀门材料要求严格。发电厂的统计表明，发电厂失效的阀门主要是汽轮机前端的主蒸汽阀门及旁路系统阀门，这是由这些位置的工况决定的。
1. 对电站阀门现状分析的必要性
电站阀门是与电站主辅机设备和系统紧密联系，相互依存，是不能用通用阀门所取代的特殊阀门。60年代之前，对阀门的研究并未引起人们足够的重视，直到美国发生了三里岛核电站事故后，才渐渐被政府及研究人员所重视。目前，随着电网和发电厂的不断改造，在阀门的应用过程中，出现了阀门的强度、密封性、寿命、控制系统的可靠性不能满足要求，阀门工作时产生振动等问题。显然传统设计方法已经不能适应新技术的要求。必须充分了解阀门现状，改进设计制造的方法，选择新型材料，提高阀门工作的可靠性。
1.1 电站阀门工况的变化
近几年，在国内外新建的电厂中，采用了超临界机组等新技术，随着大机组参与调峰和超超临界机组投产运行，使得阀门的运行工况更加恶劣。在日本，原超临界汽轮机的蒸汽参数标准为24.2 MPa、538/566℃ ，现在已经提高到超超临界的31.1 MPa、593℃ ，温度还将进一步提高到600/610℃ 。由此可见，高参数的工况对阀门的各方面性能提出了更高的要求。
1.2 经济性方面现状
作为电站辅机的一个重要组成部分，一般情况下，一台机组的配套阀门约几千只，如果是超临界机组大约有1/10的阀门是工作在超临界状态。数量众多的阀门产生的能量损失是可观的。能量损失主要有泄漏和由于阀门节流特性产生的损耗2种。当前开展的多项研究都是围绕生产的经济性以减小能量损耗为目标进行的。对于泄漏问题可通过加强泄漏的监测、提高阀芯控制精度或改变密封结构、研制新型的密封材料等手段解决；至于节流特性造成的损失，要通过改进结构解决。
2.电站阀门存在的问题
2.1 控制问题
阀门控制系统决定阀门动作可靠性。采用传统的设计方法，在使用过程中会出现阀门开度与设计不符、传动机构失灵、行程超前、滞后等间题。这些问题对阀门的强度和振动也会产生影响。主蒸汽阀和再热汽阀的控制系统故障是汽轮机的重大事故之一。
2.2 强度问题
阀门的强度问题不容忽视，它是阀门工作最基本的条件。机组的频繁启动对阀门强度及阀门使用寿命的影响较大。设计中往往只按静压、温度、蠕变考核其强度，不考虑疲劳寿命问题。阀门在机组的频繁启动中还受到了疲劳损坏，使得按原来思路设计的阀门不能满足新的运行要求。此外，控制系统的不准确对阀门强度和阀门使用寿命的影响也不能忽视。有电厂曾经因执行机构行程控制的不准确，阀芯对阀座产生冲击载荷，导致阀座碎裂，碎块被冲进汽机，造成事故。
2.3 振动问题
振动对整个机组影响较大。阀门开度变化，执行机构的动态性能不佳和阀体存在泄漏都会引起振动。阀门开度变化、执行机构的动态性能不佳和阀体存在泄漏都是产生振动的原因，振动对阀门本身伤害很小，但对整个机组影响很大，表现在产生低频振荡。机组的低频振荡分为两种：一种是油膜振荡，这是机组在升速或空载运行中，由支撑轴承的油膜产生的；另一种是蒸汽振荡，它比油膜振荡复杂，在蒸汽激振力作用下振动，常在机组带负荷后发生。阀门开度变化和泄漏是产生蒸汽振荡的重要原因。有资料表明，美国和德国都发生过蒸汽振荡毁机事故，我国也发生过50 MW和200 MW汽轮机的毁机事故，由于当时缺少实时的数据记录，所以故障原因不能确定，但怀疑与两种低频振荡有关。由此可见，消除和减小蒸汽振荡非常重要，这要依赖于对阀门开度变化和对由泄漏所产生的激振力做系统的研究。通过合理的设计阀门开闭行程，可以减小蒸汽振荡的几率。
2.4 泄漏问题
泄漏是不可避免的间题。受高温、高压及渗透性强的流体介质的影响，以及填料受力情况不合理因素的客观存在，导致填料的界面泄漏。泄漏会造成能源物料流失，污染环境，引起能量损失，产生振动。泄漏不仅是产生振动的原因，而且外漏还会造成污染，内漏还会造成能量损失。解决泄漏问题，在一定程度上可以避免系统发生振动，同时也可延长设备的寿命，提高效率。超临界机组的高压阀门寿命有时很短，启动几次就要更换填料。研究新的密封填料或设计新的有效密封形式，对于延长这类高压阀门的寿命，提高运行可靠性是必须的。目前，阀门的成套水平不断提高，只有很好地解决以上几个问题，才能保证阀门的综合性能和较好的整体质量。
3.针对电站阀门不足的改进策略
国内外技术工作者为解决以上的难题开展了大量的研究工作，提出了面向操作和維修的指导思想。从根本上说其目的在于：节约能源、简化维修、安全操作、提高阀门工作的可靠性。
3.1 开展控制、振动、强度等问题的相关性研究
从上面提到的问题不难看出阀门的控制、振动及强度具有较强的相关性，由于这些因素的共同作用，决定了发电厂阀门面临问题的复杂性。因此，在开展强度、振动、泄漏等问题单向研究的同时，开展各问题之间的相关性研究课题具有特殊的意义，有利于了解产生问题的本质和机理。全面的研究应包括多工况共同作用下的静力、耐磨、抗震防火、全天候、热态、动态、稳定性等分析。
3.2 对重要阀门进行状态监测
在线监测技术被广泛地应用于工业生产的各个行业，但对阀门实行状态监测还处于较低的水平，在线监测不仅可以获得阀门工作的实时数据而且也是减少维修费用和改善操作性能的最佳手段，同时适应了阀门业发展的需要，以实现与国外先进技术的接轨。国外越来越多的阀门制造厂把他们的注意力放在控制系统的改进和实时的故障诊断上，并且获得了巨大的经济效益。美国田纳西州的一个发电厂应用智能型阀门，每年减少了60%的维修工作量及10万美元的维修费用；底特律的爱迪逊公司开发了一套阀门监测系统，估计每年可以为发电厂减少15%～ 20%的维修费用。
4.小结
综上所述，现在发电厂使用的阀门是一类涉及机械、电子、控制、振动及材料科学等多个学科的机电产品，在使用过程中还面临不少的难题，解决面临的难题具有一定的难度。展望未来，通过科学工作者的不断努力，随着新技术特别是数字技术和控制技术的发展，以及多学科联合攻关的协作研究，人们将找到更多的办法以解决发电厂阀门面临的难题，提高系统工作的可靠性及运行效率，增加企业的生存力。
参考文献
[1] 史振和.国际阀门市场的激烈竞争及对策[J].阀门，1999，（3）.
[2] 角加义树.汽轮机技术的动向与课题[刊，日].火力原子发电，1998，49[6]，706-715.
[3] 许秀然，邵荣国.火电站超临界机组阀门国产化.阀门，1998，（2）.
[关键词]电站阀门 现状分析 改进思路
中图分类号：G212 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0292-01
前言：在各类管网系统中，阀门有“咽喉”之称。由于阀门性能和质量问题造成的泄漏、停产、重大事故，给工业生产的正常运行、人身安全、财产等带来了不可估量的损失（如震惊世界的美国三里岛核电站事故）。据有关资料统计，每年世界上引起的重大生产事故，其中1/3是由于阀门质量事故所造成的。具体到电力行业，由于阀门不能正常工作带来的经济损失也是相当可观的。在由锅炉和汽机等设备组成的热力、供水等管网系统中，各种阀门分别分布在主蒸汽系统、给水系统及旁路系统中。面向电站用的阀门在生产和设计中历来存在较大难度，制造上，电站阀门具有批量小、规格型式多、制造难度大等特点。由于大量的阀门工作在恶劣的工况下（如电站中的高温高压阀、核电站中某些阀门控制放射性流体），对阀门材料要求严格。发电厂的统计表明，发电厂失效的阀门主要是汽轮机前端的主蒸汽阀门及旁路系统阀门，这是由这些位置的工况决定的。
1. 对电站阀门现状分析的必要性
电站阀门是与电站主辅机设备和系统紧密联系，相互依存，是不能用通用阀门所取代的特殊阀门。60年代之前，对阀门的研究并未引起人们足够的重视，直到美国发生了三里岛核电站事故后，才渐渐被政府及研究人员所重视。目前，随着电网和发电厂的不断改造，在阀门的应用过程中，出现了阀门的强度、密封性、寿命、控制系统的可靠性不能满足要求，阀门工作时产生振动等问题。显然传统设计方法已经不能适应新技术的要求。必须充分了解阀门现状，改进设计制造的方法，选择新型材料，提高阀门工作的可靠性。
1.1 电站阀门工况的变化
近几年，在国内外新建的电厂中，采用了超临界机组等新技术，随着大机组参与调峰和超超临界机组投产运行，使得阀门的运行工况更加恶劣。在日本，原超临界汽轮机的蒸汽参数标准为24.2 MPa、538/566℃ ，现在已经提高到超超临界的31.1 MPa、593℃ ，温度还将进一步提高到600/610℃ 。由此可见，高参数的工况对阀门的各方面性能提出了更高的要求。
1.2 经济性方面现状
作为电站辅机的一个重要组成部分，一般情况下，一台机组的配套阀门约几千只，如果是超临界机组大约有1/10的阀门是工作在超临界状态。数量众多的阀门产生的能量损失是可观的。能量损失主要有泄漏和由于阀门节流特性产生的损耗2种。当前开展的多项研究都是围绕生产的经济性以减小能量损耗为目标进行的。对于泄漏问题可通过加强泄漏的监测、提高阀芯控制精度或改变密封结构、研制新型的密封材料等手段解决；至于节流特性造成的损失，要通过改进结构解决。
2.电站阀门存在的问题
2.1 控制问题
阀门控制系统决定阀门动作可靠性。采用传统的设计方法，在使用过程中会出现阀门开度与设计不符、传动机构失灵、行程超前、滞后等间题。这些问题对阀门的强度和振动也会产生影响。主蒸汽阀和再热汽阀的控制系统故障是汽轮机的重大事故之一。
2.2 强度问题
阀门的强度问题不容忽视，它是阀门工作最基本的条件。机组的频繁启动对阀门强度及阀门使用寿命的影响较大。设计中往往只按静压、温度、蠕变考核其强度，不考虑疲劳寿命问题。阀门在机组的频繁启动中还受到了疲劳损坏，使得按原来思路设计的阀门不能满足新的运行要求。此外，控制系统的不准确对阀门强度和阀门使用寿命的影响也不能忽视。有电厂曾经因执行机构行程控制的不准确，阀芯对阀座产生冲击载荷，导致阀座碎裂，碎块被冲进汽机，造成事故。
2.3 振动问题
振动对整个机组影响较大。阀门开度变化，执行机构的动态性能不佳和阀体存在泄漏都会引起振动。阀门开度变化、执行机构的动态性能不佳和阀体存在泄漏都是产生振动的原因，振动对阀门本身伤害很小，但对整个机组影响很大，表现在产生低频振荡。机组的低频振荡分为两种：一种是油膜振荡，这是机组在升速或空载运行中，由支撑轴承的油膜产生的；另一种是蒸汽振荡，它比油膜振荡复杂，在蒸汽激振力作用下振动，常在机组带负荷后发生。阀门开度变化和泄漏是产生蒸汽振荡的重要原因。有资料表明，美国和德国都发生过蒸汽振荡毁机事故，我国也发生过50 MW和200 MW汽轮机的毁机事故，由于当时缺少实时的数据记录，所以故障原因不能确定，但怀疑与两种低频振荡有关。由此可见，消除和减小蒸汽振荡非常重要，这要依赖于对阀门开度变化和对由泄漏所产生的激振力做系统的研究。通过合理的设计阀门开闭行程，可以减小蒸汽振荡的几率。
2.4 泄漏问题
泄漏是不可避免的间题。受高温、高压及渗透性强的流体介质的影响，以及填料受力情况不合理因素的客观存在，导致填料的界面泄漏。泄漏会造成能源物料流失，污染环境，引起能量损失，产生振动。泄漏不仅是产生振动的原因，而且外漏还会造成污染，内漏还会造成能量损失。解决泄漏问题，在一定程度上可以避免系统发生振动，同时也可延长设备的寿命，提高效率。超临界机组的高压阀门寿命有时很短，启动几次就要更换填料。研究新的密封填料或设计新的有效密封形式，对于延长这类高压阀门的寿命，提高运行可靠性是必须的。目前，阀门的成套水平不断提高，只有很好地解决以上几个问题，才能保证阀门的综合性能和较好的整体质量。
3.针对电站阀门不足的改进策略
国内外技术工作者为解决以上的难题开展了大量的研究工作，提出了面向操作和維修的指导思想。从根本上说其目的在于：节约能源、简化维修、安全操作、提高阀门工作的可靠性。
3.1 开展控制、振动、强度等问题的相关性研究
从上面提到的问题不难看出阀门的控制、振动及强度具有较强的相关性，由于这些因素的共同作用，决定了发电厂阀门面临问题的复杂性。因此，在开展强度、振动、泄漏等问题单向研究的同时，开展各问题之间的相关性研究课题具有特殊的意义，有利于了解产生问题的本质和机理。全面的研究应包括多工况共同作用下的静力、耐磨、抗震防火、全天候、热态、动态、稳定性等分析。
3.2 对重要阀门进行状态监测
在线监测技术被广泛地应用于工业生产的各个行业，但对阀门实行状态监测还处于较低的水平，在线监测不仅可以获得阀门工作的实时数据而且也是减少维修费用和改善操作性能的最佳手段，同时适应了阀门业发展的需要，以实现与国外先进技术的接轨。国外越来越多的阀门制造厂把他们的注意力放在控制系统的改进和实时的故障诊断上，并且获得了巨大的经济效益。美国田纳西州的一个发电厂应用智能型阀门，每年减少了60%的维修工作量及10万美元的维修费用；底特律的爱迪逊公司开发了一套阀门监测系统，估计每年可以为发电厂减少15%～ 20%的维修费用。
4.小结
综上所述，现在发电厂使用的阀门是一类涉及机械、电子、控制、振动及材料科学等多个学科的机电产品，在使用过程中还面临不少的难题，解决面临的难题具有一定的难度。展望未来，通过科学工作者的不断努力，随着新技术特别是数字技术和控制技术的发展，以及多学科联合攻关的协作研究，人们将找到更多的办法以解决发电厂阀门面临的难题，提高系统工作的可靠性及运行效率，增加企业的生存力。
参考文献
[1] 史振和.国际阀门市场的激烈竞争及对策[J].阀门，1999，（3）.
[2] 角加义树.汽轮机技术的动向与课题[刊，日].火力原子发电，1998，49[6]，706-715.
[3] 许秀然，邵荣国.火电站超临界机组阀门国产化.阀门，1998，（2）.