沙角A電廠300MW 機組鍋爐連排系統(tǒng)優(yōu)化改造

譚 禹，于 雷

（廣東省粵電集團沙角A電廠，廣東東莞 523936）

沙角A電廠300MW 機組鍋爐連排系統(tǒng)優(yōu)化改造

譚 禹，于 雷

（廣東省粵電集團沙角A電廠，廣東東莞 523936）

沙角A電廠二期＃4、＃5機300MW機組的鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)存在系統(tǒng)流量難控制、閥后彎頭經(jīng)常吹損的現(xiàn)象，經(jīng)過對系統(tǒng)深入分析，屬于閥門選型不符合系統(tǒng)設計要求所致，并據(jù)此提出優(yōu)化改造方案，實施后上述問題得到圓滿解決。

鍋爐連排系統(tǒng)；調(diào)節(jié)閥；彎頭

0 引言

沙角A電廠二期2臺300MW機，為上汽生產(chǎn)的B156型機組（N300－16.7／538／538）。自投產(chǎn)以來，機組鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)存在如下的問題：鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)流量不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥線性差；閥門內(nèi)漏嚴重，開度為0時，仍有超過2t／h的流量；閥后的彎頭多次因沖刷外漏。2013年11月，針對該系統(tǒng)存在的問題，做出了優(yōu)化改造，改造后的系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，達到了預期目標。

1 概況

1.1 ＃4機鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)改造前狀況

2013年3月30日，＃4機鍋爐連排主路調(diào)整門后彎管出現(xiàn)泄漏缺陷，這是自大修后第2次出現(xiàn)類似的缺陷。第1次發(fā)生在2月16日。

1.2 ＃4機鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)運行情況

4月3日，更換彎頭后恢復系統(tǒng)。為了查明原因，先后調(diào)取了3月1日—31日的流量曲線，并對＃4機鍋爐連排主路、輔路調(diào)整門進行調(diào)整試驗，確定閥門開度與流量的對應關(guān)系。

從圖1～2可以看出，在3月1日—31日期間，＃4機鍋爐連排流量極不穩(wěn)定，而＃5機的鍋爐連排流量相對穩(wěn)定，維持在2t／h左右。為什么同樣的2臺機組差異如此之大呢？后經(jīng)了解，才得知運行人員在發(fā)現(xiàn)鍋爐連排調(diào)節(jié)閥的問題之后，采取了手動門參與節(jié)流運行的方式。

圖1 ＃4機鍋爐連排流量與閥門開度對應圖

2 鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)運行試驗及分析

按照300MW運行規(guī)程要求，鍋爐連排系統(tǒng)運行時，爐側(cè)的一、二次門全開，由機側(cè)的主路或者輔路調(diào)整門進行流量控制，受連排擴容器的容量限制，最大排污量不能超過20.6t／h，正常排污量為10.3t／h。為了查明＃4機鍋爐連排系統(tǒng)工作異常的原因，我們進行了了如下試驗。

2.1 試驗1：正常運行工況，爐側(cè)一、二次全開

（1）主路、輔路調(diào)整門開度為0，流量顯示為2.5t／h；（2）關(guān)閉輔路調(diào)整門，使用主路調(diào)整門調(diào)節(jié)，18%的開度時，流量顯示為10.4t／h（流量計的上限值）；再向上開啟的時候，連排擴容器水位的上升非常明顯，顯示流量在繼續(xù)增加（已超出了系統(tǒng)允許的最大流量）；（3）關(guān)閉主路調(diào)整門，使用輔路調(diào)整門調(diào)節(jié)，19%的開度時，流量顯示為10.4t／h；再往上開啟的時候，連排擴容器的上升非常明顯，顯示出流量在繼續(xù)增加，但是無法顯示具體的數(shù)值。

結(jié)論：正常運行工況，閥門開度達到18%時，已經(jīng)超出了系統(tǒng)允許的排污上限值。

2.2 試驗2：“非正?！边\行工況爐側(cè)閥門參與節(jié)流

（1）主路、輔路調(diào)整門開度為0，流量顯示為0t／h；

（2）關(guān)閉輔路調(diào)整門，使用主路調(diào)整門調(diào)節(jié)，4%開度的時候，流量顯示為3t／h；（與＃5機情況一致）；

（3）關(guān)閉主路調(diào)整門，使用輔路調(diào)整門調(diào)節(jié)，4%開度的時候，流量顯示為3t／h。

結(jié)論：爐側(cè)閥門參與節(jié)流，調(diào)節(jié)閥門能夠正常工作，閥門后的彎頭的使用壽命為1年。

3 解體分析及技術(shù)改進

為了查明缺陷原因，我們利用2013年11月的小修機會對＃4機的鍋爐調(diào)整門進行了解體檢查。

3.1 調(diào)節(jié)閥門解體檢查情況

對主路調(diào)節(jié)閥解體后，發(fā)現(xiàn)密封面損壞情況嚴重，觀察損壞部位，除了因閃蒸沖刷而造成的條狀損壞，也有因氣蝕而產(chǎn)生的斑塊狀損壞。另外，閥后的彎頭也出現(xiàn)了嚴重的沖刷減薄。

3.2 調(diào)節(jié)閥門損壞原因分析

一般而言，調(diào)節(jié)閥門損壞的原因有如下幾種：空化、閃蒸、阻塞流。

（1）空化和閃蒸。流體在通過調(diào)節(jié)閥閥芯、閥座的縮流斷面處，其壓力降低到等于或低于該液體在閥入口溫度下的飽和蒸汽壓時，部分液體就會汽化，形成氣泡，若縮流斷面后流體的壓力恢復到高于上述飽和蒸汽壓時，氣泡破裂，釋放出能量，此現(xiàn)象稱為空化。若縮流斷面后流體的壓力沒有恢復到飽和蒸汽壓以上，則部分液體會汽化成氣體，此現(xiàn)象稱為閃蒸。不管是閃蒸還是空化，都會對閥門造成嚴重的破壞，影響其使用壽命，降低調(diào)節(jié)閥的工作性能，同時還會導致出現(xiàn)劇烈的振動和高強噪聲，構(gòu)成安全隱患。

（2）阻塞流。阻塞流意指不可壓縮流體在流過調(diào)節(jié)閥時所達到的最大流量狀態(tài)。當閥入口壓力p1保持一定，而逐步降低閥后壓力p2時，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量會增加到一個最大極限值，再繼續(xù)降低p2，流量不再增加。此時的流動狀態(tài)即為阻塞流，阻塞流會加劇空化和閃蒸的發(fā)生。

綜合＃4機鍋爐連排閥的各種運行參數(shù)來看，＃4機鍋爐連續(xù)排污調(diào)節(jié)閥前壓力17.6MPa，溫度345℃，已接近飽和壓力，而閥后壓力為1MPa，遠低于飽和壓力，所以這種情況下閃蒸不可避免。閥后流體必然有一部分會氣化成為出口壓力下的飽和蒸汽。另外，根據(jù)阻塞流判別式：

式中：ΔP為閥入口和出口間的壓差，即（P1－P2），MPa；P1為閥入口取壓點測得的絕對壓力，MPa；PV為閥入口溫度飽和蒸汽壓（絕壓），MPa；Pc為熱力學臨界壓力（絕壓），MPa；FL為液體壓力恢復系數(shù)；FF為液體臨界壓力比系數(shù)。

計算得知，流體在經(jīng)過閥門時也必然會產(chǎn)生阻塞流現(xiàn)象。既然在此工況下閃蒸和阻塞流不可避免，那么如果該閥門選型使用普通的截止閥或者調(diào)節(jié)閥，必然會很快被損壞。＃4機鍋爐連排主路調(diào)節(jié)閥，其結(jié)構(gòu)為迷宮式調(diào)節(jié)閥，其示意圖如圖3所示。

圖3 ＃4機鍋爐連排調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖

該閥門采用了多級節(jié)流的設計思想，但結(jié)構(gòu)形式存在以下問題：

其流體通道從入口至出口逐步縮小，流體入口通道設置為24個直徑4mm的孔作為進口，出口處僅設置4個孔作為出口通道，閥門開度較小的情況下，會形成閥門密封處承受全部壓差，所有的節(jié)流過程在閥芯與閥座的密封面處完成。在此過程中也必然會產(chǎn)生閃蒸、阻塞流以及因壓力急劇變化而產(chǎn)生的氣蝕從而很快破壞閥門密封面及其后的管道。

綜合上述情況來看，導致＃4機鍋爐連排系統(tǒng)工作異常的原因為：

（1）閥門密封面的損壞主要因氣蝕和沖刷引起，原閥門多級節(jié)流設計不夠合理，工質(zhì)在閥門密封面處承受較大壓差，節(jié)流過程中部分工質(zhì)汽化的過程中產(chǎn)生氣蝕，從而損壞閥門密封面。另外閥門密封面部分材料硬度不夠（約洛氏45～52），也導致閥門密封面易被沖刷損壞。

（2）閥后彎頭損壞的原因為原閥門選型不合理。該調(diào)節(jié)閥雖采用了多級減壓設計，但流道設計導致閥內(nèi)節(jié)流在多級節(jié)流的最后一級（閥門密封面處）完成，此處流體經(jīng)節(jié)流發(fā)生大量閃蒸，體積急劇增大，從而導致閥后管道內(nèi)流速急劇升高。在高速汽水混合物和彎管的碰撞過程中，由于流體參數(shù)的變化又會發(fā)生大量的閃蒸、氣蝕，對管道的沖蝕加劇而引起了管道彎管的損壞。

（3）閥后管道流通能力偏小。原系統(tǒng)的設計為閥前閥后管道通徑均為DN50。而連續(xù)排污閥的工況是一種很典型的閃蒸工況的應用，一般情況下，希望閃蒸閥距下游設備、容器越近越好，這樣當發(fā)生閃蒸后，氣體迅速進入設備中，相當于一個無限大的空間內(nèi)，將能量及時釋放掉，以緩解閃蒸對閥門和閥后管道的沖刷和損害。

根據(jù)＃4機運行工況經(jīng)計算可知，在連排閥后大約有35%的水會氣化成蒸汽，查蒸汽表得知閥后工質(zhì)比容為0.280 01，根據(jù)該數(shù)據(jù)計算得出表1中的數(shù)據(jù)。

表1 閥后管道直徑與流速對照表

考慮到閥后工質(zhì)為含水量較大的高溫蒸汽，對閥后管道的沖蝕比較厲害，所以應考慮加粗閥后的管道，并盡可能少設置彎管。

3.3 技術(shù)改進

根據(jù)上述分析，我們在2013年11月小修期間，對＃4機鍋爐連排系統(tǒng)主路進行了嘗試性的技術(shù)改進工作，具體工作內(nèi)容如下。

（1）選用耐氣蝕、耐沖刷的多級節(jié)流調(diào)節(jié)閥，以降低閃蒸、氣蝕對閥門的損壞。我們選用了西安秦申的串級式鍋爐連續(xù)排污閥，該閥門均有如下特點：流體在閥內(nèi)經(jīng)過5級節(jié)流，使閃蒸過程平穩(wěn)地進行，并基本消除了氣蝕的損害；閥內(nèi)件的表面硬度達到洛氏70左右，有效降低了沖刷對閥內(nèi)件的損害；內(nèi)件在流通面積的設計上是逐級擴大，也使閥門在小開度時，密封面處承受的壓差最小，有效保護了密封面；閥門的流量曲線為等百分比曲線，在小流量時有較好的調(diào)節(jié)性，也能保證閥門的最大流通能力。

（2）閥后管道離疏水擴容器盡量短，并盡量少設置彎管。小修時我們將角式調(diào)節(jié)閥改為水平調(diào)節(jié)閥布置，取消了原來離閥門最近的彎管，另外將閥后的管道由DN50加粗至DN100。

（3）機組啟動期間，鍋爐汽包水質(zhì)不穩(wěn)定，要求連排流量較大，此時要求運行人員同時投運主路、輔路兩路閥門，以降低了單路連排閥的流量，以達到降低閥后管道內(nèi)的流速，減少對閥后管道的沖刷損壞。

（4）正常運行時由于連排流量較小，考慮到在小流量情況下對調(diào)節(jié)閥的損害較大，采取單閥運行的方式，單閥運行能使流量保持在閥門額定流量的15%以上，從而起到保護閥門密封面的效果。

3.4 改進后的系統(tǒng)運行情況

2013年12月10日，＃4機小修后開機，為了驗證改進后的效果，我們先后對閥門的運行情況做了各種試驗：機組在額定工況（機組負荷300MW、鍋爐汽包壓力17.6MPa）時，全開鍋爐側(cè)一、二手動門，主路調(diào)節(jié)閥單閥調(diào)節(jié)，閥門開啟至90%時，最大流量為9.8t／h；閥門流量與開度對應的線性較好，正常運行閥門在30%的開度，流量約為1.5t／h。

圖4 鍋爐連排閥開度與流量圖（2014年1月1日—31日）

4 結(jié)語

針對沙角A電廠300MW鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)連續(xù)出現(xiàn)的缺陷，從運行試驗和設備解體的情況進行深入分析，查明了鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)工作異常的原因，從設備選型和系統(tǒng)改進方面做出了相應的優(yōu)化和完善，取得了良好的效果，對同類型機組提供了一定的借鑒和指導意義。

［1］楊源泉.閥門設計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

［2］申景泉，孟憲杰，吳鐵山，等.鐵嶺電廠300MW機組鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)優(yōu)化改造［J］.電站系統(tǒng)工程，2000（1）：11－13.

The optimization and transformation to 300MW unit boiler continuous blow down system in Shajiao A power station

TAN Yu，etc.
（ShajiaoAPowerStationofGuangdongYuediaoCorporationLtd.，GuangdongDongguan523936，China）

The boiler continuous blow down systems in Boilers＃4，5 300MW units in Shajiao A Power Station II exist some phenomena as difficult to control flow system，often blowing loss in angle head behind the valve.Through in－depth analysis of the system，the reason belongs to that valve selection system design does not meet the requirements.According to this，the optimization and transformation have been proposed.After the implementation the above issues have been satisfactorily resolved.

boiler continuous blow down system；regulating valve；angle head

TK227.6

：A

：1009－8984（2014）02－0076－03

10.3969／j.issn.1009－8984.2014.02.020

2014－05－04

譚禹（1983－），男（漢），湖北秭歸，工程師主要研究汽輪機設備及系統(tǒng)的點檢定修。