電磁先導閥閥芯故障的分析及處理

       田灣核電站主蒸汽系統的主蒸汽隔離閥前設有主蒸汽大氣釋放系統,以防止二回路主蒸汽系統超壓,避免主蒸汽安全閥的動(dòng)作。主蒸汽大氣釋放系統中安裝了先導式介質(zhì)自驅動(dòng)快速動(dòng)作隔離閥,其先導閥為電磁先導閥,該閥在機組熱態(tài)試驗及功率調試運行期間出現了閥芯磨損的故障,導致機組被迫停機進(jìn)行缺陷處理,對整個(gè)試驗的進(jìn)程產(chǎn)生了嚴重影響。通過(guò)對故障部件的檢查和分析,對其結構做了改進(jìn),使試驗正常進(jìn)行。

       在一號機組進(jìn)入熱態(tài)試驗及功率調試運行期間,由于二回路凝汽器缺陷導致真空無(wú)法建立,主蒸汽系統被隔離,使熱態(tài)下蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽無(wú)法向凝汽器排放,一回路無(wú)法保持溫度和壓力。在此情況下,大氣釋放隔離閥起到了調節和保持熱態(tài)時(shí)一回路溫度和壓力的作用。在此期間大氣釋放閥處于開(kāi)啟狀態(tài)(先導閥處于持續排氣的開(kāi)啟狀態(tài)),當完成二回路消缺后準備預熱蒸汽管線(xiàn)時(shí),在關(guān)閉3#大氣釋放隔離閥時(shí)發(fā)現先導閥斷電后無(wú)法關(guān)閉大氣釋放隔離閥的主閥�，F場(chǎng)檢查發(fā)現先導閥電磁頭斷電后其排放管線(xiàn)仍然有持續排氣,導致主閥上腔壓力無(wú)法升高因而主閥無(wú)法關(guān)閉。經(jīng)分析,確定是先導閥產(chǎn)生了故障,根據運行規程,機組只能退出試運行狀態(tài),進(jìn)行設備的檢查和維修。

部件檢查

      首先對故障先導閥閥芯部件的調節螺釘、閥芯、閥桿和銷(xiāo)釘做了檢查。

調節螺釘

        當采用10×放大鏡低倍宏觀(guān)分析先導閥閥桿頂部的調節螺釘時(shí),發(fā)現其螺紋磨損嚴重,在磨損表面有許多的蝕點(diǎn),并且螺釘下端與閥芯接觸的頂部已磨平。當采用掃描電子顯微鏡進(jìn)行微觀(guān)形貌分析時(shí),發(fā)現螺紋磨損表面有大小不等、形狀不同的斑坑,斑坑放大后的顯微形貌分析,斑坑是由基體的剝落所形成,存在磨粒及剝落磨屑的微觀(guān)特征。

       另外,局部區域有不連續、短距離的劃痕。能譜分析結果表明磨損表面發(fā)生了金屬遷移。金相分析還可知,調節螺釘橫截面和縱截面的金相組織特征均為調質(zhì)處理后的回火索氏體,其金相組織正常,在樣品縱截面的外表層還可觀(guān)察到沿螺釘軸向分布的形變流變組織特征。

閥芯

      閥芯上部銷(xiāo)孔磨損,銷(xiāo)孔內側有較為明顯的被磨壓形成的凹槽,微觀(guān)形貌可見(jiàn)有磨屑磨粒及較短的劃痕等特征,磨痕邊緣為擠壓輾平的金屬磨屑形態(tài)。閥芯內腔底部與調節螺釘接觸處,可見(jiàn)有明顯的磨損痕跡,靠中間位置形成一圓形的凹坑,微觀(guān)形貌可見(jiàn)有剝落及腐蝕微孔等顯微特性。

閥桿

      閥桿僅外圓表面有局部磨損,存在部分剝落現象,局部區域留下了與軸向基本平行的溝槽特征,可認為該閥芯與閥桿間存在周向相對運動(dòng)。

銷(xiāo)釘

     銷(xiāo)釘兩端有明顯的磨損及溝槽,表面有可見(jiàn)剝落及較短的劃痕等顯微特性。

原因分析

      經(jīng)檢測,閥芯、閥桿、調節螺釘和銷(xiāo)釘材料的化學(xué)成分均與設計技術(shù)要求一致。硬度測試結果顯示,調節螺釘的硬度約為280HV, 閥芯硬度約為440HV, 閥桿硬度約為500HV, 銷(xiāo)釘硬度約為550HV 。分析確定, 閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)閥芯等組件沿軸向產(chǎn)生微小振動(dòng)及周向的相對微小轉動(dòng),造成了銷(xiāo)釘、閥芯銷(xiāo)孔處以及閥桿外表面的局部磨損。對于調整螺釘的螺紋部位而言,宏觀(guān)分析及微觀(guān)分析表明,該部位主要為接觸疲勞引起的失效。由于螺紋連接部位存在一定的間隙,在接觸應力以及泄漏引起的振動(dòng)荷載作用下,金屬表面的直接接觸以及相對的運動(dòng),使硬度相對較低的螺桿螺紋表面產(chǎn)生剝落(能譜分析結果表明磨損表面發(fā)生了金屬的遷移)。