600 MW亞臨界機(jī)組高壓旁路閥內(nèi)漏原因分析與改造

郭巖，郭欣瑀，張博，張中林

（1.通遼霍林河坑口發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古霍林郭勒029200；2.南京工程學(xué)院電力仿真與控制工程中心，南京210013）

600 MW亞臨界機(jī)組高壓旁路閥內(nèi)漏原因分析與改造

郭巖1，郭欣瑀1，張博1，張中林2

（1.通遼霍林河坑口發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古霍林郭勒029200；2.南京工程學(xué)院電力仿真與控制工程中心，南京210013）

高壓旁路閥泄漏造成了高品質(zhì)蒸汽的浪費(fèi)，不僅降低了機(jī)組效率、增加了汽耗、浪費(fèi)了減溫水，而且增加了排汽裝置的換熱量，導(dǎo)致給水泵和凝結(jié)水泵能耗的增加；高壓旁路閥泄漏還會降低凝汽器的真空度，導(dǎo)致端差增大，影響了機(jī)組效率，增加了煤耗。因此，采取有效的措施減少高壓旁路閥門的內(nèi)漏非常必要。在某600 MW亞臨界空冷機(jī)組高壓旁路閥內(nèi)漏改造中，吸取平衡閥芯與非平衡閥芯的優(yōu)點(diǎn)，將高壓旁路閥改造為預(yù)啟閥芯結(jié)構(gòu)式閥門，成功解決了內(nèi)漏問題，為同類機(jī)組類似問題的處理提供了參考。

高壓旁路；內(nèi)漏；改造

0 引言

火力發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)后，設(shè)備長期處于運(yùn)行狀態(tài)，各類問題逐漸突顯，如高壓旁路（簡稱高旁）系統(tǒng)閥門內(nèi)漏問題等在運(yùn)行中無法消除的隱患給安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來諸多不利因素。高旁閥是汽輪機(jī)高、中壓缸聯(lián)合啟動，正常停機(jī)及事故處理的關(guān)鍵閥門，且要求具備嚴(yán)密性高及快速動作性能。如果高旁閥門內(nèi)漏問題不能得到有效治理，便失去了閥門使用功能，造成新蒸汽嚴(yán)重浪費(fèi)，機(jī)組循環(huán)效率下降，煤耗及廠用電率增加，是目前急需解決的問題。

某600 MW亞臨界機(jī)組高旁閥內(nèi)漏狀況日益嚴(yán)重，已無法滿足機(jī)組正常運(yùn)行要求。為保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需對高旁閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的改進(jìn)，盡可能減少閥門內(nèi)漏現(xiàn)象[1-3]。

1 高壓旁路運(yùn)行特點(diǎn)

高旁閥是在汽輪機(jī)高中壓缸聯(lián)合啟動、正常停機(jī)及事故處理時(shí)控制主設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵閥門，同時(shí)具備快速動作性及嚴(yán)密性功能。

高旁閥長期運(yùn)行在較為惡劣的環(huán)境中，閥前處于主蒸汽的高溫、高壓區(qū)域，閥后為冷端再熱器（簡稱冷再），閥前與閥后運(yùn)行參數(shù)差距較大。當(dāng)閥門開啟瞬間或不嚴(yán)密時(shí)，閥芯承受高溫、高壓蒸汽沖刷，極易產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，造成閥門內(nèi)漏。為減少新蒸汽的損失，避免循環(huán)效率下降，提高供電煤耗及廠用電率，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)高旁閥必須要有較好的嚴(yán)密性。

2 高壓旁路內(nèi)漏原因分析

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，高旁內(nèi)漏的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）閥門結(jié)構(gòu)問題導(dǎo)致的內(nèi)漏。

（2）蒸汽介質(zhì)含雜質(zhì)等固體顆粒，易卡在閥門密封面上。

（3）旁路閥前或閥體疏水不通暢，管道內(nèi)清潔度不高，雜質(zhì)較多。

（4）濕蒸汽或水會產(chǎn)生的閃蒸蒸汽和汽蝕，沖蝕閥座及閥芯。

所謂沖蝕，也叫沖刷。理論上都是由閃蒸和汽蝕造成的，而閃蒸和汽蝕都是由于水發(fā)生相變造成的，水若不發(fā)生相變，是沒有任何破壞性的。同樣，過熱蒸汽流動時(shí)，也不會對密封面造成沖刷，只有當(dāng)水流經(jīng)密封面且水發(fā)生相變時(shí)才會造成沖刷。沖蝕現(xiàn)象在機(jī)組啟停過程中是不可避免的，以下將從閥門結(jié)構(gòu)入手，通過對閥門結(jié)構(gòu)的改造來達(dá)到高旁閥抗磨損、防沖刷的作用。

3 高壓旁路閥改造原理

閥芯結(jié)構(gòu)總體分為兩種：即平衡閥芯及非平衡閥芯。

3.1 平衡閥芯與非平衡閥芯的優(yōu)缺點(diǎn)分析

平衡閥芯上下腔通過貫穿閥芯的通孔相連，以此平衡壓力，如圖1所示。這種閥的優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行器驅(qū)動力小，開關(guān)靈活，缺點(diǎn)是閥門泄漏等級低，存在本質(zhì)上的內(nèi)漏因素，只要介質(zhì)越過閥塞上的密封圈，就會造成閥門內(nèi)漏。

非平衡閥的優(yōu)點(diǎn)是閥門密封等級高，關(guān)斷嚴(yán)密；缺點(diǎn)是閥塞上下腔因壓差會出現(xiàn)不平衡力，導(dǎo)致執(zhí)行器的驅(qū)動力巨大，大大增加制造成本。

3.2 預(yù)啟式閥芯的設(shè)計(jì)

3.2.1 預(yù)啟式閥芯的優(yōu)點(diǎn)

通過研究，吸取平衡閥芯與非平衡閥芯的優(yōu)點(diǎn)，選擇預(yù)啟式閥芯結(jié)構(gòu)是解決閥門內(nèi)漏的有效途徑，如圖2所示。預(yù)啟式閥芯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是運(yùn)行時(shí)為平衡閥芯，驅(qū)動力??；關(guān)閉時(shí)變?yōu)榉瞧胶忾y芯，關(guān)斷嚴(yán)密，可以達(dá)到零泄漏。并且，在閥門外形不變的條件下，就能改進(jìn)為預(yù)啟式閥芯，改造工作量小。圖3為采用預(yù)啟式閥芯的閥門（簡稱預(yù)啟閥）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意。

圖1 平衡閥閥芯結(jié)構(gòu)

圖2 預(yù)啟式閥芯結(jié)構(gòu)

圖3 預(yù)啟閥結(jié)構(gòu)

由于閥門長期處于高溫、高壓、大壓差的工況，為使閥門關(guān)斷嚴(yán)密，許多閥門制造商通常會選擇傳統(tǒng)的單座閥門。但這種最大的問題是驅(qū)動閥門所需的力相當(dāng)大，導(dǎo)致閥桿粗壯，傳動機(jī)構(gòu)笨重。如果采用預(yù)啟閥，用很小的執(zhí)行器就可以嚴(yán)密地關(guān)斷閥門，且能提供良好的控制性能及調(diào)節(jié)曲線，節(jié)能效果明顯。

3.2.2 預(yù)啟閥的工作原理

預(yù)啟閥主閥塞是主要的控制介質(zhì)元件，其內(nèi)部設(shè)置一個小閥塞，與閥門的閥桿為剛性相連。通常情況下，主閥塞內(nèi)件的碟形彈簧將大、小閥塞推開，此時(shí)，閥塞上下腔是連通的，即為平衡閥塞，執(zhí)行器的驅(qū)動力很小。

當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，主閥塞作為一個平衡閥塞首先接觸閥座，隨后小閥塞壓縮碟簧變形后與其小閥座接觸密封。此時(shí)，原平衡芯件變成了非平衡芯件，上腔的壓力對閥塞產(chǎn)生了巨大的推力，促使閥門關(guān)閉得更加嚴(yán)密。

當(dāng)閥門開啟時(shí)，執(zhí)行器只需打開小閥塞即可。開啟小閥塞后，主閥塞馬上由非平衡結(jié)構(gòu)變成平衡結(jié)構(gòu)。

預(yù)啟閥除了應(yīng)用于旁路閥，還可應(yīng)用于超臨界減溫水調(diào)節(jié)閥、蒸汽減壓閥、給水泵隔離閥、高加危急疏水閥、鍋爐對空排放閥等。

4 高壓旁路閥改造方案

4.1 預(yù)啟閥的改造步驟

主要改造工作如下：

（1）改造原閥桿、閥塞并重新設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、拋光，閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為預(yù)啟閥閥芯結(jié)構(gòu)，新的閥門組件外形與舊的閥桿、閥塞相同。

（2）改造節(jié)流閥籠，首先確認(rèn)原部件材質(zhì)并保持一致，再進(jìn)行熱處理、滲氮、研磨密封面。

（3）閥座處理，原旁路閥門閥座材料應(yīng)為X22CrMoV121，確認(rèn)材質(zhì)后，如果閥門解體后閥座損毀不嚴(yán)重，對閥座進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)處理。如果損毀嚴(yán)重，重新制造新閥座，外形與原閥座等同。

4.2 其他改造措施

除了將高旁閥的閥芯結(jié)構(gòu)改造為預(yù)啟式閥芯外，治理高旁閥內(nèi)漏還有以下幾項(xiàng)措施：

（1）將閥體改進(jìn)為鍛鋼球形閥體，組織致密，壁薄，較筒體式閥門更耐壓。

（2）將閥蓋結(jié)構(gòu)改進(jìn)為壓力自密封閥蓋，安全、可靠，內(nèi)壓越高，密封性能越好。

（3）將閥座改進(jìn)為鑲裝式可拆卸形式，方便檢修。

（4）將減溫水噴射方式改進(jìn)為彈簧噴嘴方式，霧化效果好。

5 高壓旁路閥改造后安全經(jīng)濟(jì)性分析

對通遼霍林河坑口電站的600 MW機(jī)組，進(jìn)行了高壓旁路閥內(nèi)漏的改造工作，并對閥門進(jìn)行了改造后的安全性和經(jīng)濟(jì)性分析。

5.1 安全性分析

（1）改造后閥后溫度比高壓缸排汽溫度低20℃，已符合要求。

（2）從根本上解決旁路的泄漏問題，大幅提高了閥門的密封等級，達(dá)到ANSIV級密封要求（即通常所說的零泄漏）。

（3）采用預(yù)啟式閥芯，驅(qū)動力小，安全性更高；為鑲裝式閥芯，檢修、消缺更快捷。

5.2 經(jīng)濟(jì)性分析

按照600 MW機(jī)組某個運(yùn)行工況下高壓旁路前后運(yùn)行參數(shù)分析，高旁前壓力16.7 MPa，溫度538℃，閥后壓力（即冷再壓力）3.6 MPa，溫度350℃，溫度高于冷再溫度15℃。此時(shí)，高旁閥內(nèi)漏較為嚴(yán)重，但未達(dá)到投入高旁減溫水的程度，給水及凝結(jié)水量不變，抽汽份額不受影響。泄漏的新蒸汽節(jié)流后匯入再熱冷段，再熱蒸汽份額也不變，泄漏量約為主蒸汽流量的1‰，以等效焓降法計(jì)算汽輪機(jī)效率下降約0.15%，循環(huán)吸熱量降低4.22 kJ/kg，煤耗增加約1 g/kWh。通過此項(xiàng)改造，若按單機(jī)年利用4 000 h計(jì)算，600 MW機(jī)組年發(fā)電量24億kWh。每噸標(biāo)煤按照300元（霍林河地區(qū)）計(jì)算，每臺機(jī)組每年可節(jié)約費(fèi)用300元/t× 240萬t=720萬元。

6 結(jié)語

如何提高機(jī)組安全性、經(jīng)濟(jì)性保證機(jī)組處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)一直是技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。高壓旁路預(yù)啟閥改進(jìn)的成功應(yīng)用，為治理高壓旁路系統(tǒng)泄漏問題提供了一種新的方法，取得較高的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)提高了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

這種治理方法不僅能夠應(yīng)用在直接空冷機(jī)組上，也適用于濕冷機(jī)組同類結(jié)構(gòu)閥門（如高、低壓旁路閥，超臨界減溫水調(diào)節(jié)閥，蒸汽減壓閥，給水泵隔離閥，高加危急疏水閥,鍋爐對空排放閥等）。

從實(shí)際應(yīng)用情況來看，此結(jié)構(gòu)閥門不僅有較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，值得全面推廣，并有非常好的應(yīng)用前景。

[1]徐傳堂.600 MW超臨界高壓旁路閥內(nèi)漏的技術(shù)改造[J].能源研究與利用，2015（6）∶44-45.

[2]徐傳堂，張大志.600 MW超臨界汽輪機(jī)組高壓旁路閥內(nèi)漏原因分析及處理[J].節(jié)能，2009，28（7）∶54-55.

[3]薄鼎彪.電廠高壓旁路閥振動、內(nèi)漏分析及其對策[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，37（S1）∶21-22.

[4]高建偉.600 MW超臨界汽輪機(jī)高壓加熱器泄漏原因分析及處理[J].科技與企業(yè)，2012（23）∶282.

[5]李麗萍，張成智，陳喬偉，等.超臨界600 MW汽輪機(jī)高壓導(dǎo)汽管法蘭漏汽原因分析及處理[J].電站系統(tǒng)工程，2012，28（5）∶49-50.

[6]馬士東，袁洪濤.600 MW超臨界汽輪機(jī)高壓加熱器泄漏原因分析及處理[J].電力技術(shù)，2010，19（Z1）∶32-35.

[7]董益華，孫永平，應(yīng)光耀，等.大型火電機(jī)組低加疏水不暢問題的分析及對策[J].浙江電力，2013，32（1）∶37-39.

[8]陳統(tǒng)錢，余紹宋.600 MW超臨界機(jī)組低加疏水不暢的分析和處理[J].浙江電力，2012，31（11）∶31-33.

[9]張良軍，李康良.600 MW機(jī)組高壓加熱器疏水控制系統(tǒng)改進(jìn)[J].浙江電力，2011，30（3）∶40-42.

（本文編輯：陸瑩）

Cause Analysis and Renovation of High-pressure Bypass Valve Leakage for a 600 MW Subcritical Unit

GUO Yan1，GUO Xinyu1，ZHANG Bo1，ZHANG Zhonglin2
（1.Tongliao Huolin River Kengkou Power Generation Co.，Ltd.，Holingola Inner Mongolia 029200，China；2.Simulation and Control Center，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 210013，China）

High-pressure bypass valve leakage causes high quality steam waste，not only reducing the unit efficiency，increasing the steam consumption wasting the temperature reduction water but also increasing the heat exchange in exhaust steam device，which therefore leads to energy consumption increase of feedwater pump and the condensate pump；leakage of high-pressure bypass valve reduces the vacuum of the condenser，leads to terminal difference increase，affects the unit efficiency and increases the coal consumption.Therefore，it is necessary to take effective measures to reduce high-pressure bypass valve leakage.In renovation of high-pressure bypass valve leakage for a 600 MW subcritical unit，the advantages of balancing valve and unbalancing valve are maintained to reform high-pressure bypass valve into a valve with equalizing valve core, by which the leakage is successfully handled and can provide reference for the treatment of similar problems of the same units.

high-pressure bypass；leakage；renovation

10.19585/j.zjdl.201705012

1007-1881（2017）05-0045-03

TK264.9

B

2016-12-07

郭巖（1964），男，高級工程師，從事發(fā)電廠檢修工作。