某燃機電廠高旁閥內漏故障分析及處理

吳靜沛，朱偉雄

（杭州華電半山發電有限公司，浙江 杭州310015）

引言

某燃機電廠一期現有三套STAG 109FA 單軸聯合循環機組，單臺機組額定功率390MW，由PG9351FA 型燃氣輪機、D10 型三壓再熱系統的雙缸雙流式汽輪機、390H 型氫冷發電機和三壓再熱帶冷凝器除氧的自然循環余熱鍋爐組成。其高壓蒸汽管道及旁路系統中的高壓旁路調節閥采用國外CCI BTG 制造的VLB125-BTC 型氣動調節閥。目前三臺機組已運行15 年，近年來在機組/閥門檢修后，高壓旁路調節閥均在一段時間內出現了嚴重內漏情況，閥門解體后發現閥芯在啟停若干次后就出現吹損沖刷情況，且由于閥座經多次研磨后，堆焊層大部研磨減薄。高旁閥內漏嚴重影響機組的熱效率[1]、增加了發電能耗；內漏還會導致其閥后管道溫度一直超標，給管道的正常運行帶來一定的安全隱患；同時由于閥門維修周期長、費用高，給機組運行的經濟性帶來不利影響。為解決該問題，通過多方考察研究，最終決定對高壓旁路閥的閥芯、閥座改造和更換。

1 閥門內漏原因分析

高旁閥是汽輪機高壓旁路系統中最重要的構成部分，高旁閥由于其工作特點，極易發生振動、內漏等故障缺陷[2-4]，參照類似故障產生的原因，針對本文提到的高旁閥內漏故障，從以下幾個方面對該缺陷產生原因進行分析。

1.1 運行工況分析

機組啟動過程中，當余熱鍋爐的高壓過熱蒸汽壓力值達到底線壓力3.9MPa 時，高旁閥開始以底線壓力為標的值的旁路壓力控制，將多余的高溫蒸汽經減溫后排向凝汽器。隨著高壓主汽控制閥逐漸打開，高壓蒸汽流入汽機，高旁閥關閉。在其后的正常運行過程中，高旁閥一直關閉，閥前為高壓主蒸汽的溫度/壓力參數（574.9℃/10.4MPa），閥前閥后有較大的溫度/壓力差值，閥門工作工況較為惡劣。

1.2 運行方式分析

燃氣-蒸汽聯合循環機組由于啟停速度快、能源利用率高、調峰能力強等特點，非常適合于電網調峰調度。2016 年度，#3 機組共點火啟動高達178 次，涵蓋冷態、溫態及熱態啟動。高旁閥在機組啟動過程中，主汽管道內蒸汽帶水，有大量高速濕蒸汽沖刷在閥芯上，當蒸汽中夾帶部分水珠或異物時，對閥芯沖刷非常大，往往啟機一次就已經將閥門密封線沖刷損壞。在閥門關閉前，由于水滴或異物的高速沖擊，已經導致了高旁閥密封線的損壞，造成內漏，這也是導致高旁閥內漏最主要的原因。

1.3 結構分析

高旁閥芯未采用足夠保護方式，導致濕蒸汽或異物直接沖刷在閥芯上，并且其閥籠開口排列方式設計不夠合理，進而閥芯容易受到吹損，尤其閥門開度在25%以內的沖蝕痕跡非常明顯。同時閥門采用預啟閥結構，但是并不帶有蝶形彈簧，閥門定心位置較差，盡管預啟閥通流面積較小，但是在小閥芯研磨不好的情況下仍會產生泄漏。

圖1 閥芯密封面結構升級改造前后對比

圖2 升級后的調節閥閥芯（左）、閥座（右）

2 改型方案

2.1 閥芯升級改造

原有結構濕蒸汽在閥門開啟過程中沖刷密封面，閥門密封性能破壞，為提高閥芯的抗沖刷能力，閥芯參考一種防止密封面沖刷結構[5]，在外部加增保護套，改型后濕蒸汽通過孔板后沖刷在保護套上，避免閥門濕蒸汽直接沖刷在閥芯，有效保護了閥芯。升級改造前后的閥芯密封面結構對比如圖1 所示，升級完成后的閥芯閥座詳見圖2。

改進閥芯采用先導式結構，閥門在開關過程中將先導閥打開，閥芯上裝有彈簧，從而使閥門通過平衡孔保證閥芯上下腔壓力平衡，閥門啟閉力量小，在閥門關閉時，閥芯在執行機構推力作用下，克服彈簧頂力，預啟閥密封面與閥芯密封面貼合，關閉了平衡孔通道，從而使平衡孔不產生泄漏，其剖面圖見圖3 所示。

2.2 閥座升級改造

閥門閥座為具有退讓槽的特殊設計，保證保護套不會影響閥門凡爾線閉合。閥座采用F91 基體堆焊司太立硬質合金，并保證閥座硬度高于閥芯硬度。

3 實施效果

2017 年初按照上述方案對#3 機高旁閥進行升級改造，切割去除原有閥座，更換升級后的閥芯，焊接新的閥座。修理后經過10 次啟停機，監測顯示閥后溫度狀態正常，全年#3 機共點火啟動94 次，從未發生內漏問題。為此，在2017 年#2 機組A 修期間增加了#2 機高旁閥升級改造項目，同樣獲得了良好的效果。截止目前為止，在機組啟停頻繁的情況下未發生原來的問題，#2、#3 機組啟停次數見圖4。

圖3 升級后閥芯剖面圖

圖4 #2、#3 機組啟動次數統計

4 結束語

（1）改型后的閥芯采用保護套的方式避免了濕蒸汽直接沖刷在閥芯上，極大提高了閥芯的使用壽命，延長了檢修周期，提高了機組熱效率。

（2）鑒于目前燃機運行方式導致的機組點火啟動次數頻繁，對公司剩下的其他機組高壓蒸汽旁路壓力調節閥相繼進行升級改造。