朱友学，李远林，余孝德

（江苏核电有限公司，江苏连云港 222000）

1 主给水调节阀功能介绍

核电厂二回路的给水来自除氧器，依次经过主给水泵、高压加热器、主给水调节阀，最终流入蒸汽发生器与一回路冷却剂换热。主给水调节阀的功能是通过调节进入蒸发器的给水流量从而维持蒸发器正常的2.4 m 液位，用于调节二回路给水流量的调节阀有两种：主给水调节阀、旁路给水调节阀。其中，旁路调节阀仅在机组停机时蒸发器逆流冷却工况投用，机组运行工况则由主给水调节阀承担二回路给水流量的调节作用。考虑主给水调节阀的重要性，电站将其列为关键敏感设备。

主给水调节阀由瑞士CCI 公司生产，型号为100D400，采用迷宫式调节组件，也称阀笼，介质通过阀笼内部流入阀腔，经过迷宫式流道再流出，迷宫式阀笼可起到对介质多级降压和均压作用，降低介质的扰动。主给水调节阀采用闭环控制模式，参与控制主给水调节阀的系统参数有三部分：蒸发器液位偏差、蒸汽发生器汽水失配情况、主给水泵流量过载限值，其中蒸发器液位偏差作为主要影响因素（图1）。

2 主给水调节阀故障描述及分析

2.1 主给水调节阀频繁波动现象

某核电厂运行期间，主给水调节阀2LAB20AA211 在二回路稳态时出现异常波动，表现为阀位在短时间内大幅度高频率振荡，同时蒸发器液位无法维持且下行，给水流量跟随波动，控制偏差逐渐增大（图2）。阀门经过一段振荡后又自行恢复，各系统参数再次恢复稳态，期间无操纵员干预。

图1 主给水调节阀

经统计，上述主给水调节阀异常波动现象的发生频次呈上升趋势，从最初每周一次发展到每天1～2 次，持续时间约3～4 min。阀位异常波动会影响给水流量变化，对蒸发器液位的控制能力也会下降，根据系统参数设定，蒸发器液位下降到2.30 m 或高于2.55 m 将触发保护动作，继续恶化可能引起机组跳停。另外从主给水调节阀设备稳定运行考虑，阀门长时间动作会引起电机发热，内部的热敏保护装置动作，导致主给水调节阀无法操作。

图2 主给水调节阀异常波动曲线

2.2 主给水调节阀更换工作点

旁路给水调节阀在机组运行期间不参与调节且阀门处于关位，为验证主给水调节阀频繁波动现象是由于当前工作点造成，将旁路给水调节阀2LAB20AA212 开启至50%开度，同时主给水调节阀2LAB20AA211 的阀位自动从72.4%下降至70.2%，此后阀门运行一段时间未发生异常波动现象，但阀位曲线整体呈现不对称且向上偏差，相同脉冲命令阀门关向动作量小于阀门关向动作量，阀门动作时伴随异声。

图3 主给水调节阀阀位曲线

2.3 阀门解体检查

由于阀门本身的设计结构，阀芯受介质的作用力是不平衡的，这部分的不平衡力等于阀杆作用面积与系统压力乘积，一定程度上影响阀门关向动作量，对比其他通道的主给水调节阀的阀位曲线并没有出现明显的不对称，也表明2LAB20AA211 阀门可能在关向阻力较大或电动机构出力下降。

主给水调节阀要求控制蒸发器液位非常精确，各部件的异常可能导致阀门的阻力增大，其中参与阀门传动的部件包括阀杆螺母、轴承、碟簧、阀杆，对各部件进行检查未发现明显异常；阀门的调节组件包括阀笼、阀芯、压环，阀笼侧部的周身分布了呈规则排列的方形流道，阀芯上下运动调节方形流道面积以控制给水流量，阀芯与阀笼内壁、压环内壁存在相对运动，若内部有突出物可能引起表面划伤，影响阀门动作性能。实际检查2LAB20AA211的阀芯、阀笼、压环的导向面，无影响其动作性能的缺陷。

2.4 阀门导向块对阀门动作性能的影响

主给水调节阀的阀杆由上阀杆、下阀杆组成，下阀杆与阀芯连接用于操作阀芯动作，上阀杆设计有传动螺纹，与阀杆螺母配合将扭矩转换成轴向开关力，上、下阀杆通过联轴器连接，联轴器两侧安装有导向块，导向块半插入在轭架的轨道槽内，其作用是在阀门动作时导向块受轭架轨道支撑以防止阀杆跟随转动，导向块在轭架轨道上滑动，与轨道作用面产生摩擦，这部分阻力也会影响阀门的整体性能。

图4 轭架装配

主给水调节阀的轭架两侧各安装了2 只导向块，阀门动作时两只铜块分别受轨道的支撑作用，这样设计可保证阀杆动作时径向受力平衡，避免阀杆出现径向位移。阀门开向和关向动作时由于阀杆产生换向，导向块与轨道的作用面也相应转向另一侧，即阀门开关时的作用面并不是同一面（图5），主给水调节阀的导向块材质为铜合金，具有很好的自润滑性能，对阀门的阻力影响较小，但铜合金的表面状态会对主给水调节阀性能产生影响。

检查2LAB20AA211 导向块和轨道槽发现存在以下缺陷：①导向块在阀门关向的作用面有明显划伤痕迹，对应的轭架轨道槽也有异物；②原涂抹在轨道和导向块作用面的润滑脂干涸变质且较硬；③测量两侧的导向块宽度发现尺寸不一致，两只导向块分别距离轭架轨道的间隙不同。

导向块和轭架的检查结果表明，造成阀门关向动作异常的直接原因为导向块作用面被划伤，虽然铜合金有较好的自润滑性，但材质本身偏软易划伤，进而表现出主给水调节阀整体动作有卡阻现象。由于主给水调节阀需要准确地控制蒸发器液位，要求调节精度较高，导向块状态轻微恶化也会对阀门产生影响。

主给水调节阀导向块失效机理有两个。

图5 导向块与轭架轨道作用面示意

（1）导向块润滑脂老化。根据主给水调节阀维护手册要求，导向块和轭架轨道使用的高温长寿润滑脂，呈白色、含有全氟化基成分，允许最高温度可达260 ℃，而现场环境温度未超过润滑脂的使用温度，且润滑脂更换时间不久，但实际检查2LAB20AA211 润滑脂已老化、表面发黑变硬，附着在轨道上形成异物，将导向块划伤。

（2）两侧导向块宽度不一致，阀门动作时只有一侧导向块承受轭架的支撑力，受力一侧的导向块摩擦力较大，加速了导向块磨损，阀门换向时阀杆的转角变大，体现为阀门整体机械死区增大，而且仅有单只导向块支撑，阀杆受力不平衡，可能会产生径向的偏斜，影响阀门的动作性能。

2.5 阀门导向块和轭架轨道槽维护

在此环境高温下使用，长寿润滑脂本身是不易老化变质的，但2LAB20AA211 受到其他试剂的污染，阀门维修过程中使用的除锈剂、紧固件的防咬剂、零件清洗剂等，如果使用不当将会造成对高温长寿润滑脂的污染进而引起变质，在阀门定期维护中应注意将各零部件清理干净，化学试剂和润滑脂不应过度使用。

导向块的作用面状况和尺寸影响主给水调节阀整体性能，其表面不得有可见的划痕、变形缺陷，可用什锦锉打磨清除，再使用较细的砂纸研磨提高表面的粗糙度和平整度，两侧的导向块应宽度一致，安装前使用游标卡尺测量。由于过度打磨导向块会导致尺寸减薄，阀门转向角变大，死区升高，应视导向块缺陷情况进行更换。

装配导向块和轭架时，尤其注意两者作用面的清洁，可用较硬的百洁布清理轭架上的老润滑脂，轨道表面应无凸点、起皮、拉伤缺陷。确认不再引入其他化学试剂，最后在导向块和轭架轨道涂抹高温长寿润滑脂，以免其被污染。

3 结论

核电厂主给水调节阀其本身承担着控制二回路给水流量的重要作用，阀门各零部件的状态影响阀门的控制性能，过去的维修工作中对导向块部位关注点较低，近期的几次主给水调节阀故障都与导向块缺陷有关，逐渐引起了维修工程师的重视，经过维修经验总结发现：导向块表面状况、两侧导向块的尺寸偏差、轭架轨道清洁度以及润滑脂的使用等因素均是影响阀门整体性能的关键因素。