超臨界600 MW機組高壓旁路系統優化改造

李永利， 陳 軍

(神華國華太倉發電有限公司， 江蘇太倉 215433)

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超臨界600 MW機組高壓旁路系統優化改造

李永利， 陳 軍

(神華國華太倉發電有限公司， 江蘇太倉 215433)

針對某國產超臨界600 MW機組高壓旁路閥泄漏問題進行了分析，得出因鍋爐氧化皮脫落造成鍋爐過熱器等管道通流面積變小或堵塞管道，繼而管壁超溫爆管。將高壓旁路閥的閥座改成可拆卸式結構，并在閥前加裝隔離門，泄漏問題得以解決。

火電機組； 高壓旁路系統； 結構優化

某國產超臨界600 MW等級機組高壓旁路系統在裝一臺CCI公司生產的DRE 125-C/Qty 2型高壓旁路閥，閥座為整體結構，于2006年隨主設備投入運行，除機組定期檢修外至今已經連續運行7年時間。因泄露先后進行多次解體研磨修復密封面，硬質合金層已經基本損耗完，密封面已經部分漏出母材，造成密封面硬度下降，抗吹損能力顯著降低，已嚴重威脅到機組的安全穩定運行。筆者通過研究閥門結構特點、運行參數等，確定產生缺陷的原因，利用機組檢修機會進行了改造，改造后效果明顯，保證了機組的安全可靠運行。

1 改造前設備狀況

1.1 設備結構特點

蘇爾壽DRE高壓旁路閥的設計特點[1]：高壓旁路閥由于其安裝位置的特殊性(入口為主蒸汽母管，出口為再熱器冷段管路)，造成出入口存在較大壓差。DRE系列高壓旁路閥采用低進高出結構，即在高壓旁路閥關閉狀態下，閥芯與閥座封閉主蒸汽壓力，而閥蓋及填料只需要承受冷再的壓力，提高安全性。在閥芯設計上為了提高其調節性，采用肋片漸擴式設計，隨著開度增大，閥芯與閥座間通流面積逐漸增大。DRE 125-C/Qty 2型高壓旁路閥結構圖見圖1、圖2及圖3，其配合尺寸見表1。

圖1 結構圖

圖2 主要結構尺寸

圖3 配合示意圖

表1 配合尺寸 mm

1.2 設備狀況

該機組自2006年投產至今，高壓旁路閥先后進行了六次解體檢修研磨修復密封面，其中有4次發現閥門密封面蒸汽吹蝕嚴重(見圖4、圖5)，對閥座的研磨量較大。

圖4 閥桿吹損后外觀

圖5 閥座吹損后外觀

目前7號機組高壓旁路閥閥座密封面硬質合金已經研磨損耗完，若再次出現泄漏需要切割返廠重新堆焊處理。

2 高壓旁路閥吹損原因分析

因該機組為國產第一批超臨界參數機組，隨著運行時間的增長，鍋爐氧化皮生成速度較快，氧化皮脫落造成鍋爐受熱面過熱器等管道通流截面積變小或堵塞，多次發生超溫爆管，機組被迫停運。目前采取的主要控制措施是對鍋爐受熱面進行大流量沖洗，即在啟動過程中采用短時間減少高壓旁路閥開度的方式來使過熱器管內壓力提高，之后迅速開啟高壓旁路閥，通過過熱器管內壓力的瞬間變化來起到氧化皮吹掃的作用。但是，在保護鍋爐的同時，也增加了高壓旁路閥密封面的蒸汽吹蝕機率，造成高壓旁路閥多次內漏。

密封面蒸汽吹蝕機理如下[1]：由于閥芯密封面下部直段與漸擴線聯合起來具有保護閥芯密封面(圖6)、減緩密封面吹損的作用。在閥門開啟時，蒸汽在漸擴線導向下可以避開閥芯密封面，當閥門關閉不嚴密，漏泄蒸汽通過閥芯密封面下部直段與閥座之間時，會產生節流減壓作用(圖7)，減緩閥座密封面損耗。在鍋爐過熱器氧化皮大流量沖洗需要通過高壓旁路閥進行憋壓控制，致使高壓旁路閥存在小開度(10%～20%)運行，此時閥芯與閥座密封面徑向通流間隙很小。而通常此類閥門密封面下部加工的環形直段高度有5～7 mm，在閥門開度只有8～16 mm的情況下，環形密封線與閥座直段距離只有1～13 mm。在此情況下，攜帶氧化皮顆粒的高速蒸汽沿閥芯導流槽流動，吹損環形密封線(圖8)，閥芯密封面下部直段消失，漸擴線角度發生改變(圖9)，致使閥芯密封面失去保護，直接暴露于高速蒸汽切線方向，蒸汽在改變角度的漸擴線導向下，快速吹損密封面。特別是在小開度狀態下，由于閥芯密封面下部直段消失，蒸汽正對密封面蒸汽吹蝕并產生噴嘴效應，使蒸汽流速加快，進一步加劇密封面損壞。

圖6 閥芯下部直段與漸擴線保護閥芯密封面

圖7 節流減壓作用減緩閥座密封面損耗

圖8 小開度運行蒸汽吹蝕槽頂部環形密封線

圖9 直段消失下快速吹損密封面

3 優化改造

3.1 必要性

(1) 旁路系統的可靠性直接影響著機組的運行安全。閥門泄露后，其閥后管路溫度可接近或超過閥后管路允許使用溫度(450 ℃左右)的情況，嚴重威脅機組和人員的安全。

(2) 由于該高壓旁路閥的閥座為整體結構，故消除缺陷只能采用現場研磨方式。經多次研磨，目前密封面已經部分漏出母材，造成密封面硬度下降，抗吹損能力顯著降低。

(3) 現場研磨工期直接取決于發生缺陷的嚴重程度，導致工期控制比較困難，檢修工作量較大，嚴重時會延誤機組啟動。

3.2 改造方案

(1) 高壓旁路閥在原閥基礎上將閥座改造為可拆卸式結構，閥座型線基本保持不變(見圖10)。通過儲備輪換備件，在檢修時直接更換閥座，將更換下來的閥座修復作為下次檢修備件，達到縮短檢修工期和節約檢修成本目的。

圖10 改造后高壓旁路閥閥座結構示意圖

(2) 在高壓旁路閥前加裝隔離門，考慮到阻力損失及開關方式，采用電動閘閥結構。運行中一旦發生內漏，可關閉隔離門，無需緊急停機消缺。

4 結語

實施上述改造后，高壓旁路閥在運行中一旦發生內漏時，可關閉隔離門，無需緊急停機消缺，顯著提高高壓旁路系統的安全可靠性，保證機組長周期安全穩定運行；同時使用可更換閥座，不僅縮短檢修工期(具備檢修條件下1.5天內)，降低檢修費用，縮短了機組啟動時間，閥體不需要做堆焊處理，可有效避免閥座密封面堆焊所產生的不良影響。改造后的高壓旁路減溫減壓閥已連續安全運行約一年時間，未發生超溫泄露等故障，提高了高壓旁路閥使用壽命及安全可靠性，同時降低了該設備的運行及維護成本。

[1] 鄭峰. 常用金屬材料手冊[J]. 北京: 化學工業出版社, 2007: 161-197.

Optimization and Improvement of a High-pressure Bypass System for Domestic 600 MW Supercritical Units

Li Yongli, Chen Jun

(Guohua Taicang Power Generation Co., Ltd., Taicang 215433, Jiangsu Province, China)

Aiming at the problem that forced shutdown was repeatedly encountered by a domestic 600 MW supercritical unit since its operation due to the leakage fault of high-pressure bypass valve, an analysis was conducted, and subsequently over temperature tube burst was found to be the main reason, which was caused by shrunk flow area or blocked tube resulted from oxide scale falling into the passage of boiler superheaters. The problem has been solved by changing the bypass valve into the detachable type and adding an isolation device in front of the valve.

thermal power unit; high-pressure bypass system; structure optimization

2016-05-19；

2016-08-05

李永利(1981—)，男，工程師，主要從事能源動力設備的設計、維護等工作。E-mail: ty-lyl@163.com

TK227

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1671-086X(2017)03-0213-03