650MW 機組汽動給水泵再循環調閥內漏原因分析及對策

黃 俊

（國能黃金埠發電有限公司，江西 余干 335101）

國家能源集團某發電公司建設有2 臺650MW 超臨界發電機組，2007 年雙機投產，機組配備2 臺50%容量的汽動給水泵和1 臺35%容量的電動給水泵，機組正常運行中2 臺汽泵運行，電泵備用，各泵分別配有最小流量再循環調節閥，均為美國COPES 公司產品，調節閥安裝為水平布置。該公司機組自投產以來，4 臺給水泵再循環調節閥頻繁出現內漏，嚴重影響機組安全經濟性運行，且2 臺機最小流量調節閥每年維護費居高不下，閥芯組件經過約2-3 次修復后，材質變軟，就需要更換新閥芯組件。據了解，該現象在其他電廠也多次發生，本文根據4 臺調節閥結構性能，使用介質及環境進行了系統性分析，希望能為同類型機組提供參考。

1 最小流量再循環調節閥結構性特征

這種閥門主要在美國生產，由COPES VULCAN（考布斯）公司設計，整體外觀獨特，有著自身的特征。

1.1 采取多極套筒閥芯結構

這種設計防氣蝕、降噪音、耐沖刷，在不同的大壓差環境中，能夠根據不同的條件，充分利用逐級降壓的運轉方式，全面控制好介質流速的問題，保證了設備的穩定安全。

1.2 采取雙層密封設計

整體設計密閉性良好，對不同的環境都有耐受性，獨特雙閥塞聯動裝置是其最為主要的特點，內層閥塞和金屬閥座間有一層金屬密封的裝置，而在外層閥塞和軟閥座間也有一層軟密封設計。整體上看，其密閉性能非常良好，閥門開啟或者進行關閉的時候，在瞬間運轉的情況下，始終以金屬密封進行節流，有效起到了保護作用，因此，不論環境條件怎么改變，軟密封不受沖刷的破壞，避免出現設備的故障，特別是兩閥塞在耐高溫及高壓彈簧聯動的運行情況下，更起到了良好的保護作用。

1.3 流體流動方向巧妙

主要是按照由內向外流的方式進行設計，通過這樣的設計，有效提高了閥門的功能；如果在打開位置，那么最小流量閥就能夠起到減壓作用，有效解決了快速開啟時出現的壓力差；多級減壓設計，穩定了流體經過閥座時的流速，這樣才能保證以最低限度進行流動，避免出現流體對閥座沖刷。D/C-V 最小流量閥的結構設計有效提高了閃蒸出現的多級壓力，使不同層級壓力得到緩解，避免了出現出口壓力過大的問題，閃蒸流體沒有經過閥座，則不會對閥座產生影響，避免出現長期使用后容易形成的沖刷危害。這種設計對小開度工況有更好的功能，其特征呈現更加明確，閥體內部結構見圖1。

圖1 閥體內部結構

2 最小流量再循環調節閥作用

給水泵啟動以后，一般情況下，出水閥還沒有進行快速啟動，此時外界負荷會全面減少，導致機組低負荷運行，泵內只有少量或根本沒有水通過，則會導致葉輪空轉摩擦，熱能不能及時排除，泵內溫度明顯升高，對設備運行產生影響。據統計，泵內溫度如果超過警示壓力，達到設計值的飽和溫度，那么給水則會導致汽化現象，造成設備出現汽蝕問題，只有全面做好設備的養護才能更好地保證設備穩定運行，為防止故障出現，則要保證水泵給水流量減小到標準狀態，這樣再打開再循環管，一部分給水流量返回除氧器，只有保證泵內有足夠水通過，才能使產生的熱量被水帶出，避免出現泵內摩擦熱量過大導致的汽化現象。

3 給水泵小流量再循環閥控制方法

3.1 開關式控制

開關式控制有著自身的優勢，可以通過開關進行調節，有效提升設備的穩定性，這種方式的優點在于簡單控制、操作靈活，但是在使用過程中，也出現了不良反應。其缺點在于開關式閥不能連續進行系統的調節，開關閥門往往會產生巨大的壓力，水泵出口壓力和下游流量會形成大的沖擊和擾動。

3.2 連續式控制

只有全面提高經濟性，才能避免運轉成本增長，更好地維護經濟效益。給水流量調節如果趨于穩定，則會更好地實現良好的經濟效益，為了保證設備穩定，則需要對再循環閥進行控制設計，通過連續式控制全面提高調節的作用，其優勢非常明顯，通過良好的設計減少對下游流量的擾動。這種設計雖然解決了運行的故障問題，但環節控制就變得復雜起來，運轉時也多了一個控制環節。再循環閥連續控制法包括單一曲線函數控制、PID 調節控制和回滯函數控制三個部分。

3.2.1 單一曲線函數控制

單一曲線函數F（x），直接列出給水泵入口流量和再循環閥開度指令，形成穩定的關系曲線，這樣的控制法在機組運行時會出現大的動作，整體閥門頻繁運行，其幅度也較大，如果閥門開關瞬間出現水流量波動的問題，繼而流量波動又影響到了閥門動作，則會導致整個給水系統出現無頻震蕩，設備運轉極不穩定安全。

3.2.2 PID 調節控制

PID 調節用單沖量、閉環反饋控制，保證再循環閥的安全啟動，PID 調節器主要是由給水泵入口最小流量決定的，以其流量值與實際入口量差為標準進行設計，輸出再循環閥開度控制指令后，才能保證最小流量連續控制的實現。PID 調節器法非常簡單，但是操作過程中，也容易出現給水系統不同負荷區域難以把握的問題，如果SG 負荷變化大，就會出現PID 調節器過調，水系統擾動就會增加。

3.2.3 回滯函數控制

F1（x）與F2（x）間隙區域表明了再循環閥關閉與開啟方向轉換間隙，其大小代表了開度，如果處在這種標準的間隙范圍內，其整體流量出現變化就不會影響到閥門開度。也就是說，增加具有非線性間隙環節，有效解決了流量測量誤差及給水流量波動的干擾。

4 閥門內漏分析

該閥設計既然如此合理，為什么會經常內漏呢？帶著這一問題，我們在2 臺給水泵再循環調閥后增加了溫度測點（見表1），以監視調節閥泄漏情況，調節閥檢修后，機組運行約2-3 個月，該閥后溫度較除氧器溫度低10℃左右，之后，該點溫度逐步向除氧器溫度靠近，直到等溫，就地對該閥聽音，明顯有漏流聲，由此判斷該閥內漏；對閥門進行了解體檢查，檢查中發現：該閥閥座密封金屬纏繞墊片吹損，閥座軟密封和硬密封吹損，影響機組接帶高負荷，具體見圖2。

圖2 閥芯組件吹損

表1 汽泵再循環調門溫差統計表

由于該閥關閉狀態前后壓差大（16-30MPa），在低負荷區域頻繁動作且開度較小，極易產生汽蝕現象，當汽蝕點貫穿閥芯密封面后，會形成局部小流量漏流；在閥門開關過程中，閥芯密封面偶爾還會存在細小顆粒，導致密封效果不佳；若受氣動執行機構的關閉力無法滿足關閉要求等因素影響，汽蝕現象加劇形成惡性循環，造成大面積吹損現象。內漏的形成有著一致性，因此，對該閥布置進行了分析，具體見圖3。

圖3 給水泵再循環閥門布置圖

機組運行中電動隔離閥和手動隔離閥處于常開狀態；機組額定負荷，給水泵出口壓力30MPa，除氧器壓力0.85MPa，晚峰是50%負荷，給水泵出口壓力16MPa，除氧器壓力0.4MPa；由此，再循環調閥前后壓差約16-30MPa，給水流量＜500t/h，再循環調閥逐步開啟，在小開度時，給水在閥芯密封位置極易產生汽化，閥芯密封受損，閥門關閉后，在前后壓差作用下，閥芯密封繼續吹損裂化，最后密封面徹底損壞，導致閥門內漏擴大，影響機組安全經濟運行。

5 防止再循環調閥內漏措施

（1）給水流量＜500t/h，再循環調閥初步開啟的閥位設置在20%，減少小開度時閥芯吹損。

（2）將再循環調閥后手動閥改成快速氣動隔離閥，在給水流量≥500t/h，關閉氣動隔離閥，使再循環調閥前后壓力為零，杜絕再循環調閥前后壓差大狀態下加快閥芯密封損壞的現象，延長使用壽命。

6 改造實施

2020-2021 年，利用2 臺機組大修的機會，將2 臺汽泵的再循環調閥后手動閥更換成快速氣動隔離閥，改造的實施在大修期間順利完成，并進行了相關邏輯修改及運行要求，見圖4。

圖4 給水泵再循環閥門改造布置圖

（1）汽動給水泵異常跳泵，汽泵再循環調節閥和氣動隔離閥同時動作開啟。

（2）機組運行中單臺汽泵出口流量＜500t/h，聯鎖開啟氣動隔離門；單臺汽泵出口流量≥600t/h，運行人員根據實際情況手動關閉氣動隔離門。

（3）在給水泵運行過程中2 個閥需要關閉時，盤中手動先關再循環調節閥，再關氣動隔離閥。

（4）2 個閥需要打開時，應先全開氣動隔離閥再開調節閥。

（5）每半個月在機組負荷≤350MW 下對再循環調節閥和氣動隔離閥分別進行一次活動試驗。

（6）啟、停機前，先開啟氣動隔離閥，再對再循環調節閥進行操作。

7 改造效果

在2 臺機組大修結束，機組啟動運行，4 臺給水泵快速啟動隔離閥運行正常；經過連續6 個月跟蹤檢查給水泵再循環調節閥閥后溫度，該點溫度較除氧器溫度低70℃以上；約半年后利用臨停機會對再循環調節閥解體檢查，閥芯組件完好無損，改造效果顯著。經測算，每年可節約修理費20 萬元，機組的安全性和經濟性均得到了保障。

8 結束語

目前，大多數火力發電廠的給水泵再循環調節閥均是進口閥，且存在不同程度的內漏，影響了機組安全經濟運行，在機組無法停機時，關調節閥前電動門運行，給給水泵帶來極大的安全隱患；停機時頻繁解體調節閥，對閥芯組件修復或更換閥芯組件，增加了維護費用，本廠在對給水泵再循環調節閥后手動隔離閥進行了換型嘗試值得有類似情況的電廠借鑒。