汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)減壓閥頻繁泄露

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之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項(xiàng)，現(xiàn)在介紹汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)減壓閥頻繁泄露介紹國華準(zhǔn)電低壓旁路系統(tǒng)減壓閥頻繁泄露的原因，通過對閥芯與閥座密封材質(zhì)的分析、安裝工藝改進(jìn)、運(yùn)行方式調(diào)整及密封結(jié)構(gòu)形式的改變，成功解決了低旁閥后溫度高的問題，降低了機(jī)組的熱量損失，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。由于高低壓旁路減溫減壓閥的特殊作用，決定了它的結(jié)構(gòu)形式。該型閥門大多為籠罩式結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是只要不能通過閥芯減壓孔的雜物必將滯留在閥座的密封面處。其后果是使上下密封面將受到嚴(yán)重的損傷而使閥門泄漏。

【關(guān)鍵詞】：減壓閥泄露，密封材質(zhì)，密封面結(jié)構(gòu)，運(yùn)行方式，熱損失汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)減壓閥頻繁泄露

1 前言

國華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司二、三期工程4×330 MW機(jī)組的低壓旁路系統(tǒng)分別采用美國蘇爾壽公司生產(chǎn)的型號為NB55-500、NB60-500的減壓閥，低壓旁路系統(tǒng)用來調(diào)整進(jìn)入中、低壓缸的再熱蒸汽，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組正常啟停、機(jī)組跳閘及甩負(fù)荷帶廠用電運(yùn)行等特殊運(yùn)行工況下蒸汽的熱力平衡。蘇爾壽低壓旁路系統(tǒng)采用雙路并列運(yùn)行，在1.5MPa的再熱蒸汽壓力下容量為2×222.5t/h，約為汽機(jī)MCR蒸汽流量的50%，它具有快速定位和定位精度高。對采用中壓缸啟動方式的阿爾斯通330MW汽輪機(jī)組，低壓旁路的安全性就顯得尤為重要。 蘇爾壽NB55-500低壓旁路系統(tǒng)由控制油站、兩套并列減壓閥及其控制回路、兩套減溫水調(diào)節(jié)閥及其控制回路組成。低壓旁路的壓力控制有自動或半自動控制、手動控制和安全快關(guān)三種控制方式。無論是自動、半自動控制還是手動控制，安全快關(guān)指令均對它有效?？刂葡到y(tǒng)圖1所示:

圖一：低旁油站控制系統(tǒng)圖

① 鍋爐啟動期間，低旁減壓閥(PCV101—PCV201)的開度由手動控制。將再熱蒸汽回收并暖管，手動控制其開度逐漸將再熱蒸汽壓力調(diào)節(jié)到1.5MPa，在汽機(jī)保安系統(tǒng)復(fù)位前將低旁減壓閥調(diào)節(jié)投入自動，以滿足汽機(jī)沖車、并網(wǎng)、接帶初始負(fù)荷的需要，此時(shí)低旁處于“壓力控制”階段。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷基準(zhǔn)值達(dá)13%左右時(shí)，高壓缸切換投入運(yùn)行，隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，低旁壓力定值由1.5MPa自動轉(zhuǎn)換為高壓缸*級后壓力P1的函數(shù)值f(x)，f(x)=KP1＋a，此時(shí)低旁壓力定值f(x)跟蹤負(fù)荷，常數(shù)a為0.3MPa，它可以確保在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)低旁減壓閥的關(guān)閉，此時(shí)低旁處于“滑壓控制”過程。在機(jī)組跳閘、甩負(fù)荷等異常工況下，低旁減壓閥的壓力定值自動由f(x)轉(zhuǎn)換為1.5MPa，以確保低旁減壓閥的快速開啟，防止鍋爐再熱器超壓。

② 低旁減壓閥的快關(guān)和開度限制功能

為了防止凝汽器超溫變形損壞，低旁減壓閥后的減溫器上布置有兩級減溫水，減溫水閥的開關(guān)直接感受減壓閥的開度和減壓閥后汽壓信號。*級噴水閥與減壓閥同步打開，第二級減溫水閥在減壓閥后壓力大于0.4MPa時(shí)打開，小于0.37MPa時(shí)關(guān)閉。減溫水壓力低、減溫器溫度高都將引起低旁減壓閥快關(guān)。

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥為防止凝汽器超壓影響機(jī)組的安全運(yùn)行，在凝汽器壓力高、減壓閥后壓力高、減溫水閥未打開的情況下都將引起低旁減壓閥快關(guān)。其控制原理如圖2。當(dāng)減壓閥后的壓力大于0.45MPa時(shí)，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器關(guān)小減壓閥開度，以降低減壓閥后壓力，保護(hù)凝汽器的安全運(yùn)行。

圖2 低旁減壓閥的開度限制功能
火力發(fā)電廠的旁路系統(tǒng)作用有兩方面，其一，保護(hù)作用，當(dāng)機(jī)組跳閘自動主汽門突然關(guān)閉時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的大量蒸汽無處排放以及高壓缸無排汽則會導(dǎo)致鍋爐的再熱器干燒。為保證再熱器的不干燒，當(dāng)自動主汽門關(guān)閉時(shí)，高壓旁路蒸汽減壓閥快速的開啟，高溫高壓的蒸汽（30%）經(jīng)由該閥從高壓缸排汽管道流入再熱器，由再熱器加熱后的蒸汽，經(jīng)過已開啟的低壓旁路的蒸汽減壓閥減溫減壓后排到凝結(jié)器凝結(jié)。使停機(jī)不停爐得以實(shí)現(xiàn)，為機(jī)組的迅速恢復(fù)提供了可能。另外，在機(jī)組滑參數(shù)啟停時(shí)，利用旁路系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)組蒸汽參數(shù)的調(diào)整，而且目前來說此作用是常用的。

2 改進(jìn)前期可行性分析

通常情況下低旁減壓閥后的溫度在50℃左右，通過調(diào)取歷史曲線可以看出（圖3所示），

經(jīng)過檢修后的低旁閥后溫度都有所減低，并能保持一段時(shí)間，長歷史記錄為2010年，時(shí)長為7個月。但持續(xù)性不好，在一個檢修周期內(nèi)，閥后溫度能達(dá)到100℃以上，現(xiàn)從運(yùn)行、檢修維護(hù)及安裝等方面進(jìn)行原因分析：

2.1 運(yùn)行方面的原因：

① 運(yùn)行啟停方面的操作，此減壓閥需要在關(guān)閉行程96%時(shí)閥門快速關(guān)閉，然而運(yùn)行人員關(guān)閉不及時(shí)，節(jié)生對門芯與門座密封面的沖刷，造成后續(xù)的閥門關(guān)閉后，門芯與門座已關(guān)閉不嚴(yán)，產(chǎn)生泄露。

圖3 歷年泄露曲線

② 運(yùn)行中低旁減壓閥油動機(jī)產(chǎn)生反饋零點(diǎn)漂移，使油動機(jī)的關(guān)閉力矩下降，使閥門產(chǎn)生泄露。

③ 低旁關(guān)閉行程設(shè)定在96%時(shí)進(jìn)行關(guān)閉，低旁減壓閥的就地實(shí)際行程為120mm，相對于反饋信號來說顯然是太小，120÷100×4％＝4.8，也就是就地行程只有4.8mm。閥芯與閥座的距離是4.8mm，閥門存在大量的節(jié)流。在此范圍內(nèi)，機(jī)組啟機(jī)時(shí)管道內(nèi)沉積的積垢，被汽流吹起，使汽流攜裹著大量的微粒像銼刀一樣對密封面進(jìn)行磨損，這是閥芯與閥座沖刷嚴(yán)重的時(shí)候，圖4為解體后沖刷的痕跡。

圖4解體后的閥芯沖刷痕跡

2.2 檢修方面的原因

① 安裝過程中，閥芯與閥座的中心線對中不正，產(chǎn)生閥芯中心線與閥座中心線沒有對中，產(chǎn)生偏斜，使閥芯密封端面與閥座密封端面產(chǎn)生張口。

② 閥蓋、油動機(jī)支架，油動機(jī)活塞桿中心線，不是在同一條中心線上，中心線產(chǎn)生彎曲，使閥芯與閥座產(chǎn)生張口。

③ 安裝中閥蓋就位后，門蓋中心線與門芯中心線不在同一中心位置。

2.3 制造方面

① 門體的閥座接觸面與閥座底部接觸面接觸不良，也就是面與面的角度超標(biāo)。

② 閥芯的閥桿中心線與閥芯密封面的中心線有偏差。

③ 閥芯與閥座多次補(bǔ)焊檢修，閥座補(bǔ)焊部位產(chǎn)生變形，使得閥座在車床上找正車削時(shí)，產(chǎn)生找正誤差。閥座在車床三爪上如果以閥座外圓找正，但外圓不是與門體的門座實(shí)際接觸，這就有加工時(shí)的誤差存在。

④ 閥芯、閥座多次補(bǔ)焊后，是否產(chǎn)生金屬熱變形，或是金屬內(nèi)部的焊接熱應(yīng)力在運(yùn)行當(dāng)中逐步釋放出來，使密封面產(chǎn)生接觸間隙，從其他機(jī)組的減壓閥情況可以看出。

2.4 減壓閥的調(diào)試

在調(diào)試過程中，閥門過關(guān)量不足，使反饋信號的2%過關(guān)，且熱工信號又采集不準(zhǔn)確，出現(xiàn)了CRT畫面產(chǎn)生過關(guān)，實(shí)際沒有達(dá)到真實(shí)過關(guān)的“假象”。

3 措施的實(shí)施

3.1 重新設(shè)定#2機(jī)低旁減壓閥小開度值

通常情況下，在啟停機(jī)時(shí)，低旁減壓閥開度在0～6%之間，對閥門密封面沖刷為嚴(yán)重。為避免汽流對密封面的沖刷，需要重新設(shè)定開啟值。以#3機(jī)組啟機(jī)為例，低旁減壓閥開度在行程量關(guān)到90%時(shí)快速關(guān)閉，減少了閥門密封面沖刷，目前閥后溫度保持在52～81℃之間。

在低旁減壓閥安裝調(diào)試階段，閥芯關(guān)閉到位后，由熱工人員人為的將閥位指示調(diào)整到欠關(guān)1%，保證油動機(jī)時(shí)刻給閥芯一個向下的力存在，做到閥門的關(guān)閉嚴(yán)密性。

3.2 改變閥芯、閥座的材質(zhì)及密封結(jié)構(gòu)

① 曾在2010年A修時(shí)，將閥座硬度從HRC44降到HRC38，雖提高了密封效果，但降低抗拉沖刷能力，現(xiàn)在將硬度恢復(fù)到原設(shè)計(jì)時(shí)的硬度。

② 閥芯、閥座密封結(jié)構(gòu)的改變

原閥門設(shè)計(jì)時(shí)密封面為面密封，密封線較寬，角度為66°，使用過程中密封效果不好，2010年時(shí)改成線密封，閥芯角度為66°，閥座角度為62°，接觸面在閥座的上口，改造后密封效果有一定的改善，但使用一段時(shí)間后仍存在內(nèi)漏現(xiàn)象，閥后溫度仍舊很高。

通過以上的現(xiàn)場實(shí)踐得出：線密封效果相對于面密封效果好，但不耐沖蝕；因線密封的密封線較窄，一旦運(yùn)行中發(fā)生輕微泄露，容易發(fā)生沖蝕穿透，產(chǎn)生貫穿性的間隙，且越?jīng)_越大，逐漸惡化。為了提高閥門的抗沖蝕能力，結(jié)合上述分析，現(xiàn)對原閥門的密封副結(jié)構(gòu)進(jìn)行更合理的改造，形式如圖5所示：

圖5 改進(jìn)后的密封結(jié)構(gòu)

將閥芯密封面改為球面密封，閥座為角度，這樣閥芯與閥座為線接觸，并將閥芯與閥座形成的密封線設(shè)計(jì)在閥座密封面的中間部位，由于介質(zhì)沖蝕多從兩端尖點(diǎn)開始，密封線在閥座中間部位，對抗沖刷方面有一定的改善，更為重要的是閥芯采用球面代替錐面作密封面，能在一定程度上補(bǔ)償由于裝配、閥門內(nèi)部變形而引起的偏差。

從閥座密封面與閥芯密封面堆焊的材質(zhì)上看，閥芯與閥座的密封面應(yīng)存在一定的硬度差，這樣在密封時(shí)會有一定的補(bǔ)償，閥芯密封面堆焊司力太6，硬度達(dá)到HRC44以上，閥座可堆焊相對硬度低一點(diǎn)的材質(zhì)，硬度在HRC38左右，這樣既保證閥芯與閥座的硬度差，同時(shí)提高了閥座的抗沖刷能力。

旁路系統(tǒng)的蒸汽減溫減壓閥，閥前蒸汽參數(shù)為超高壓或亞臨界甚至達(dá)到超臨界參數(shù)，因此閥前管道一般設(shè)計(jì)為低合金鋼（10CrMo910等），而閥后參數(shù)經(jīng)過閥門后均有很大的降低，管材一般為普通碳鋼材料，一般只在閥門出口約5—8米為低合金材料。

閥門密封面的泄漏將使機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)過熱蒸汽泄漏到閥后，閥后管道的長時(shí)間超溫運(yùn)行會使管道材質(zhì)發(fā)生蠕變，危及機(jī)組的安全運(yùn)行。同時(shí)，新蒸汽及再熱蒸汽等高品質(zhì)蒸汽的泄漏直接影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。而且低壓旁路減溫減壓閥的泄漏還會使排汽缸溫度升高。降低凝結(jié)器的真空度，嚴(yán)重時(shí)會直接影響汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行。

要想使閥門的泄漏降到低，根本的應(yīng)是盡量提高爐側(cè)檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)減少爐側(cè)金屬雜質(zhì)顆粒的產(chǎn)生與留存，當(dāng)然達(dá)到無金屬顆粒雜質(zhì)存在比較困難。

經(jīng)過實(shí)踐證明，對減溫減壓閥進(jìn)行修復(fù)后，在閥內(nèi)加裝一濾網(wǎng)把從鍋爐沖過來的雜質(zhì)顆粒“拒之門外”，是一個的選擇。目前，已有多臺200MW機(jī)組的旁路蒸汽減溫減壓閥已進(jìn)行如此的*，早的一臺已運(yùn)行兩年以上，再未有雜物損傷密封面而導(dǎo)致閥門泄漏的缺陷發(fā)生。

4 結(jié)論

此次低旁減壓閥溫度的降低主要采用工藝有閥芯、閥座密封結(jié)構(gòu)的改變、閥芯、閥座密封材質(zhì)硬度的提高及操作規(guī)程上90%的全關(guān)。這幾個條件的改變是閥后溫度降低的關(guān)鍵因素。從#2機(jī)A低旁減壓閥改型后的啟機(jī)過程來看（圖6所示），閥后溫度都控制在80℃以內(nèi)，效果相當(dāng)明顯。同時(shí)，取得的經(jīng)濟(jì)效益也是可觀的：剔除運(yùn)行中的熱量損失外，每減少一次低旁減壓閥的檢修，節(jié)約費(fèi)用約6～7萬元。低旁減壓閥的泄露原因及處理等內(nèi)容。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：斯派莎克蒸汽減壓閥在化纖管路應(yīng)用