引言某电厂超超临界新型国产汽轮机由哈汽厂引进日立技术生产制造，机组型号为N660-28/600/620，一次中间再热，单轴、三缸、两排汽，间接空冷反动式汽轮机。采取一个高压主汽阀与一个高压调节阀串联组合，形成高压主汽调节联合阀整体阀壳。主汽阀是一个内部带有预启阀的单阀座式提升阀，调节阀为单阀座平衡阀。主汽阀和调节阀的设计尽量减小阀门的压损。蒸汽进入装有永久滤网的阀壳内，当主汽阀关闭时，蒸汽充满在阀体内，并停留在阀碟外。预启阀的设置在主汽阀打开时，可减小阀碟提升力，使阀碟可以顺利打开。主汽阀设计成阀门的后座限位形式，即在阀碟背面与阀杆套筒相接处的区域有一层对焊层，阀门全开时形成自密封。主汽阀通过油动机开启，由弹簧力关闭。调节阀在阀碟上设有平衡孔，以减小机组运行时打开阀门所需的提升力［1］。调节阀设计成阀门的后座限位形式，在阀门全开时形成自密封。同样，调节阀也由油动机开启、由弹簧力关闭，在系统或汽轮机发生故障时，主汽阀和调节阀能够快速关闭，确保安全 ［2-3］。该电厂3号机组投入运行半年后，出现高压主汽门卡涩现象，活动性及全行程试验时不动作或动作不到位。本文借助SEM对右侧主汽门阀碟和衬套间脱落物进行采集检测，详细分析了主汽阀卡涩的具体原因，同时提供了具体的防范措施。1高压主汽门结构布置3号机组右侧高压主汽门的剖面图以及衬套局部放大图如图1所示。在油压克服油动机内弹簧力时，主汽门打开。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.029.F001图1高压主汽门剖面图和局部放大图弹簧确保在汽轮机跳闸或者油压损失的情况下，关闭主汽阀确保汽机的安全。蒸汽进入装有永久滤网的阀壳内，当主汽阀关闭时，蒸汽充满在阀体内，并停留在阀碟外。主汽阀打开时，预启阀首先开启，可以减小阀碟提升力，使主汽阀阀碟顺利打开。2高压主汽门卡涩原因造成主汽门卡涩的原因较多，包括机械、材质、EH油等原因。（1）阀杆在机组运行中发生拉毛、变形等现象，引起汽门卡涩；（2）运行中，蒸汽品质恶化，门杆发生结垢，引起阀杆卡涩；（3）阀碟与衬套之间产生氧化皮堆积，引起汽门卡涩现象［4］；（4）EH油中含杂质，造成伺服阀节流孔堵塞，导致汽门活动异常［5］。根据现场检查结果，重点从主汽门阀芯存在的氧化皮产生原因进行了深入分析。2.1脱落物成分分析对3号机组右侧高压主汽门进行解体检查，解体后右侧高压主汽门阀芯导向套如图2所示。由图2可以看到右侧高压主汽门阀芯导向套内壁有氧化层脱落。高压主汽门阀芯如图3所示。由图3可以看到阀芯表面有氧化层脱落并有很明显的划痕。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.029.F002采集氧化层脱落物以探究其构成，借助SEM对脱落物成分进行分析。右侧主汽门脱落物能谱波形图如图4所示。由图4可以看出，脱落物中含有C、O、Fe等3种元素，其中O和Fe元素的占比最多。由此可以得出，右侧高压主汽门脱落物为铁的氧化物，氧化皮的堆积是汽门卡涩的主要原因。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.029.F003图4右侧主汽门脱落物能谱波形图2.2氧化皮形成过程（1）蒸汽温度达到400 ℃以上不超过570 ℃时，金属就会和水蒸汽发生反应，会形成一层氧化膜。氧化膜的主要成分是四氧化三铁和三氧化二铁，金属壁面形成的致密氧化膜如图5所示。由图5可以看出，氧化膜比较细密，避免金属进一步被氧化。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.029.F004图5金属壁面形成的致密氧化膜（2）当蒸汽温度在570 ℃时，氧化膜由3层组成。高于570℃管内壁多层氧化结构如图6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.029.F005图6高于570℃管内壁多层氧化结构由图6可以看出，高于570 ℃管内壁多层氧化结构在金属外表面从内向外由氧化亚铁、四氧化三铁和三氧化二铁（最外层）组成，结构比较散落且晶格漏洞较多，具有不致密性的特点，导致氧化膜容易掉落；在三氧化二铁、四氧化三铁的下面生成氧化亚铁，氧化亚铁处于最内层。氧化亚铁的结构比较疏松，形成的氧化膜致密度不如四氧化三铁的氧化膜。金属表面的铁离子与氧离子不断结合，进一步加快了铁的氧化速度。在实际过程中，蒸汽温度低于570 ℃时，受到热应力学影响，四氧化三铁的致密度可形成金属保护层，氧化膜的存在能够很好地阻止水蒸汽与铁进一步发生氧化反应。该厂主蒸汽温度为600 ℃，超出了570 ℃，在反应过程中生成氧化亚铁的反应速度加快，高温的环境使得金属的抗氧化性下降，致使比常规机组更容易形成氧化皮。氧化皮脱落主要受金属氧化的速度、厚度及材料特性影响：氧化皮与蒸汽接触，随着蒸汽温度的上升，氧化皮的膨胀系数急剧增大，氧化皮因巨大的膨胀而产生的热应力达到临界脱落厚度而掉落。该厂主蒸汽温度为600 ℃，为了增强阀碟和衬套的耐磨性，厂家对阀碟衬套材料进行了渗氮化处理，渗氮前后衬套材料氧化速度随时间变化规律如图7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.029.F006图7渗氮前后衬套材料氧化速度随时间变化规律从图7可以看出，衬套经渗氮处理后，在600 ℃蒸汽环境中比渗氮前的氧化速度快，二者氧化速度差值最大达0.26。渗氮前后阀碟材料氧化速度随时间变化规律如图8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.029.F007图8渗氮前后阀碟材料氧化速度随时间变化规律从图8可以看出，阀碟渗氮后在600 ℃的环境下抗氧化能力大大下降。在氧化皮的形成过程中，如果温度达到570 ℃以上，蒸汽易与铁发生氧化现象，氧化亚铁为最内层，而该厂阀碟和衬套又进行了渗氮化处理，反应速度加快，氧化层变厚，造成阀碟和衬套间氧化皮产生堆积，导致阀碟和衬套间隙变小，造成主汽门卡涩。3新型喷涂技术和喷焊技术（1）喷涂技术。西门子公司、GE公司已将热喷涂耐磨涂层技术大量应用于汽轮机主汽阀、调节阀等部套，在阀杆、衬套表面喷涂耐磨涂层为提高其耐磨耐腐蚀性［6-8］。涂层主要以硬质良好的Cr3C2-NiCr与韧性良好的镍铬合金相组成，具有较高的高硬硬度、优异的高温耐磨性、腐蚀性、抗氧化性及较高的结合强度，广泛应用于高温（530～900 ℃）磨粒磨损、耐蚀磨损和冲蚀磨损工况下工作的零件。（2）喷焊技术。采用粉末状合金，在等离子高温热源下填充金属的一种熔焊工艺［9］，将合金粉末熔敷在工件表面以提高材料表面的耐磨性能和抗腐蚀性能，具有易实现自动化、生产效率高、焊缝稀释率低等优点，目前是阀门类产品耐磨面、密封面通常采用的一种堆焊方式。综上所述，超音速喷涂工艺和等离子喷焊工艺均能满足600 ℃等级阀内部套表面强化使用要求。4解决方案和防范措施（1）解决方案。主汽门的阀杆进行超音速火焰喷涂，阀碟的衬套表面采用等离子喷焊司太利合金处理，提高表面抗氧化能力。（2）防范措施。①定期做各主汽门全程性活动实验。机组运行过程中主汽门一般不参与进汽调控，易造成阀碟与衬套间氧化皮的堆积，利用全行程试验可在一定程度上减少氧化皮的堆积，从而避免卡涩情况的发生。②对EH油质定期进行分析化验，保持油质合格，防止油中带水或杂物造成调节机构腐蚀或卡涩。5结语本文分析了某电厂新型超超临界机组高压主汽门卡涩原因，针对该厂主汽门卡涩原因提出了针对性的解决方案和防范措施。