600 MW亞臨界機組高壓旁路閥內漏原因分析與改造

郭巖，郭欣瑀，張博，張中林

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

600 MW亞臨界機組高壓旁路閥內漏原因分析與改造

郭巖1，郭欣瑀1，張博1，張中林2

（1.通遼霍林河坑口發電有限責任公司，內蒙古霍林郭勒029200；2.南京工程學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蒸汽的浪費，不僅降低了機組效率、增加了汽耗、浪費了減溫水，而且增加了排汽裝置的換熱量，導致給水泵和凝結水泵能耗的增加；高壓旁路閥泄漏還會降低凝汽器的真空度，導致端差增大，影響了機組效率，增加了煤耗。因此，采取有效的措施減少高壓旁路閥門的內漏非常必要。在某600 MW亞臨界空冷機組高壓旁路閥內漏改造中，吸取平衡閥芯與非平衡閥芯的優點，將高壓旁路閥改造為預啟閥芯結構式閥門，成功解決了內漏問題，為同類機組類似問題的處理提供了參考。

高壓旁路；內漏；改造

0 引言

火力發電機組投產后，設備長期處于運行狀態，各類問題逐漸突顯，如高壓旁路（簡稱高旁）系統閥門內漏問題等在運行中無法消除的隱患給安全生產和經濟運行帶來諸多不利因素。高旁閥是汽輪機高、中壓缸聯合啟動，正常停機及事故處理的關鍵閥門，且要求具備嚴密性高及快速動作性能。如果高旁閥門內漏問題不能得到有效治理，便失去了閥門使用功能，造成新蒸汽嚴重浪費，機組循環效率下降，煤耗及廠用電率增加，是目前急需解決的問題。

某600 MW亞臨界機組高旁閥內漏狀況日益嚴重，已無法滿足機組正常運行要求。為保證機組安全經濟運行，需對高旁閥結構進行必要的改進，盡可能減少閥門內漏現象[1-3]。

1 高壓旁路運行特點

高旁閥是在汽輪機高中壓缸聯合啟動、正常停機及事故處理時控制主設備安全穩定運行的關鍵閥門，同時具備快速動作性及嚴密性功能。

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

2 高壓旁路內漏原因分析

根據經驗分析，高旁內漏的原因主要有以下幾點：

（1）閥門結構問題導致的內漏。

（2）蒸汽介質含雜質等固體顆粒，易卡在閥門密封面上。

（3）旁路閥前或閥體疏水不通暢，管道內清潔度不高，雜質較多。

（4）濕蒸汽或水會產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生相變造成的，水若不發生相變，是沒有任何破壞性的。同樣，過熱蒸汽流動時，也不會對密封面造成沖刷，只有當水流經密封面且水發生相變時才會造成沖刷。沖蝕現象在機組啟停過程中是不可避免的，以下將從閥門結構入手，通過對閥門結構的改造來達到高旁閥抗磨損、防沖刷的作用。

3 高壓旁路閥改造原理

閥芯結構總體分為兩種：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缺點分析

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。這種閥的優點是執行器驅動力小，開關靈活，缺點是閥門泄漏等級低，存在本質上的內漏因素，只要介質越過閥塞上的密封圈，就會造成閥門內漏。

非平衡閥的優點是閥門密封等級高，關斷嚴密；缺點是閥塞上下腔因壓差會出現不平衡力，導致執行器的驅動力巨大，大大增加制造成本。

3.2 預啟式閥芯的設計

3.2.1 預啟式閥芯的優點

通過研究，吸取平衡閥芯與非平衡閥芯的優點，選擇預啟式閥芯結構是解決閥門內漏的有效途徑，如圖2所示。預啟式閥芯結構特點是運行時為平衡閥芯，驅動力小；關閉時變為非平衡閥芯，關斷嚴密，可以達到零泄漏。并且，在閥門外形不變的條件下，就能改進為預啟式閥芯，改造工作量小。圖3為采用預啟式閥芯的閥門（簡稱預啟閥）的內部結構示意。

圖1 平衡閥閥芯結構

圖2 預啟式閥芯結構

圖3 預啟閥結構

由于閥門長期處于高溫、高壓、大壓差的工況，為使閥門關斷嚴密，許多閥門制造商通常會選擇傳統的單座閥門。但這種最大的問題是驅動閥門所需的力相當大，導致閥桿粗壯，傳動機構笨重。如果采用預啟閥，用很小的執行器就可以嚴密地關斷閥門，且能提供良好的控制性能及調節曲線，節能效果明顯。

3.2.2 預啟閥的工作原理

預啟閥主閥塞是主要的控制介質元件，其內部設置一個小閥塞，與閥門的閥桿為剛性相連。通常情況下，主閥塞內件的碟形彈簧將大、小閥塞推開，此時，閥塞上下腔是連通的，即為平衡閥塞，執行器的驅動力很小。

當閥門關閉時，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，原平衡芯件變成了非平衡芯件，上腔的壓力對閥塞產生了巨大的推力，促使閥門關閉得更加嚴密。

當閥門開啟時，執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構變成平衡結構。

預啟閥除了應用于旁路閥，還可應用于超臨界減溫水調節閥、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、閥塞并重新設計、生產、拋光，閥門結構設計為預啟閥閥芯結構，新的閥門組件外形與舊的閥桿、閥塞相同。

（2）改造節流閥籠，首先確認原部件材質并保持一致，再進行熱處理、滲氮、研磨密封面。

（3）閥座處理，原旁路閥門閥座材料應為X22CrMoV121，確認材質后，如果閥門解體后閥座損毀不嚴重，對閥座進行補焊修復處理。如果損毀嚴重，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構改造為預啟式閥芯外，治理高旁閥內漏還有以下幾項措施：

（1）將閥體改進為鍛鋼球形閥體，組織致密，壁薄，較筒體式閥門更耐壓。

（2）將閥蓋結構改進為壓力自密封閥蓋，安全、可靠，內壓越高，密封性能越好。

（3）將閥座改進為鑲裝式可拆卸形式，方便檢修。

（4）將減溫水噴射方式改進為彈簧噴嘴方式，霧化效果好。

5 高壓旁路閥改造后安全經濟性分析

對通遼霍林河坑口電站的600 MW機組，進行了高壓旁路閥內漏的改造工作，并對閥門進行了改造后的安全性和經濟性分析。

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，達到ANSIV級密封要求（即通常所說的零泄漏）。

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

5.2 經濟性分析

按照600 MW機組某個運行工況下高壓旁路前后運行參數分析，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，高旁閥內漏較為嚴重，但未達到投入高旁減溫水的程度，給水及凝結水量不變，抽汽份額不受影響。泄漏的新蒸汽節流后匯入再熱冷段，再熱蒸汽份額也不變，泄漏量約為主蒸汽流量的1‰，以等效焓降法計算汽輪機效率下降約0.15%，循環吸熱量降低4.22 kJ/kg，煤耗增加約1 g/kWh。通過此項改造，若按單機年利用4 000 h計算，600 MW機組年發電量24億kWh。每噸標煤按照300元（霍林河地區）計算，每臺機組每年可節約費用300元/t× 240萬t=720萬元。

6 結語

如何提高機組安全性、經濟性保證機組處于經濟運行狀態一直是技術人員研究的重點。高壓旁路預啟閥改進的成功應用，為治理高壓旁路系統泄漏問題提供了一種新的方法，取得較高的經濟效益，同時提高了機組運行的穩定性和安全性。

這種治理方法不僅能夠應用在直接空冷機組上，也適用于濕冷機組同類結構閥門（如高、低壓旁路閥，超臨界減溫水調節閥，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）。

從實際應用情況來看，此結構閥門不僅有較好的經濟效益，而且具有較強的實用價值，值得全面推廣，并有非常好的應用前景。

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

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

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

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

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

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

[7]董益華，孫永平，應光耀，等.大型火電機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]陳統錢，余紹宋.600 MW超臨界機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機組高壓加熱器疏水控制系統改進[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，從事發電廠檢修工作。