汽輪機旁路系統減壓閥頻繁泄露

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之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項，現在介紹汽輪機旁路系統減壓閥頻繁泄露介紹國華準電低壓旁路系統減壓閥頻繁泄露的原因，通過對閥芯與閥座密封材質的分析、安裝工藝改進、運行方式調整及密封結構形式的改變，成功解決了低旁閥后溫度高的問題，降低了機組的熱量損失，取得了顯著的經濟效益。由于高低壓旁路減溫減壓閥的特殊作用，決定了它的結構形式。該型閥門大多為籠罩式結構，此結構的特點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重的損傷而使閥門泄漏。

【關鍵詞】：減壓閥泄露，密封材質，密封面結構，運行方式，熱損失汽輪機旁路系統減壓閥頻繁泄露

1 前言

國華準格爾發電有限責任公司二、三期工程4×330 MW機組的低壓旁路系統分別采用美國蘇爾壽公司生產的型號為NB55-500、NB60-500的減壓閥，低壓旁路系統用來調整進入中、低壓缸的再熱蒸汽，以實現機組正常啟停、機組跳閘及甩負荷帶廠用電運行等特殊運行工況下蒸汽的熱力平衡。蘇爾壽低壓旁路系統采用雙路并列運行，在1.5MPa的再熱蒸汽壓力下容量為2×222.5t/h，約為汽機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低壓旁路系統由控制油站、兩套并列減壓閥及其控制回路、兩套減溫水調節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，安全快關指令均對它有效。控制系統圖1所示:

圖一：低旁油站控制系統圖

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節到1.5MPa，在汽機保安系統復位前將低旁減壓閥調節投入自動，以滿足汽機沖車、并網、接帶初始負荷的需要，此時低旁處于“壓力控制”階段。當機組負荷基準值達13%左右時，高壓缸切換投入運行，隨著機組負荷的增加，低旁壓力定值由1.5MPa自動轉換為高壓缸*級后壓力P1的函數值f(x)，f(x)=KP1＋a，此時低旁壓力定值f(x)跟蹤負荷，常數a為0.3MPa，它可以確保在機組正常運行時低旁減壓閥的關閉，此時低旁處于“滑壓控制”過程。在機組跳閘、甩負荷等異常工況下，低旁減壓閥的壓力定值自動由f(x)轉換為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時打開，小于0.37MPa時關閉。減溫水壓力低、減溫器溫度高都將引起低旁減壓閥快關。

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥為防止凝汽器超壓影響機組的安全運行，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。其控制原理如圖2。當減壓閥后的壓力大于0.45MPa時，經PI調節器關小減壓閥開度，以降低減壓閥后壓力，保護凝汽器的安全運行。

圖2 低旁減壓閥的開度限制功能
火力發電廠的旁路系統作用有兩方面，其一，保護作用，當機組跳閘自動主汽門突然關閉時，鍋爐產生的大量蒸汽無處排放以及高壓缸無排汽則會導致鍋爐的再熱器干燒。為保證再熱器的不干燒，當自動主汽門關閉時，高壓旁路蒸汽減壓閥快速的開啟，高溫高壓的蒸汽（30%）經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，經過已開啟的低壓旁路的蒸汽減壓閥減溫減壓后排到凝結器凝結。使停機不停爐得以實現，為機組的迅速恢復提供了可能。另外，在機組滑參數啟停時，利用旁路系統進行機組蒸汽參數的調整，而且目前來說此作用是常用的。

2 改進前期可行性分析

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

經過檢修后的低旁閥后溫度都有所減低，并能保持一段時間，長歷史記錄為2010年，時長為7個月。但持續性不好，在一個檢修周期內，閥后溫度能達到100℃以上，現從運行、檢修維護及安裝等方面進行原因分析：

2.1 運行方面的原因：

① 運行啟停方面的操作，此減壓閥需要在關閉行程96%時閥門快速關閉，然而運行人員關閉不及時，節生對門芯與門座密封面的沖刷，造成后續的閥門關閉后，門芯與門座已關閉不嚴，產生泄露。

圖3 歷年泄露曲線

② 運行中低旁減壓閥油動機產生反饋零點漂移，使油動機的關閉力矩下降，使閥門產生泄露。

③ 低旁關閉行程設定在96%時進行關閉，低旁減壓閥的就地實際行程為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，閥門存在大量的節流。在此范圍內，機組啟機時管道內沉積的積垢，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行磨損，這是閥芯與閥座沖刷嚴重的時候，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，產生閥芯中心線與閥座中心線沒有對中，產生偏斜，使閥芯密封端面與閥座密封端面產生張口。

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

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。

② 閥芯的閥桿中心線與閥芯密封面的中心線有偏差。

③ 閥芯與閥座多次補焊檢修，閥座補焊部位產生變形，使得閥座在車床上找正車削時，產生找正誤差。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際接觸，這就有加工時的誤差存在。

④ 閥芯、閥座多次補焊后，是否產生金屬熱變形，或是金屬內部的焊接熱應力在運行當中逐步釋放出來，使密封面產生接觸間隙，從其他機組的減壓閥情況可以看出。

2.4 減壓閥的調試

在調試過程中，閥門過關量不足，使反饋信號的2%過關，且熱工信號又采集不準確，出現了CRT畫面產生過關，實際沒有達到真實過關的“假象”。

3 措施的實施

3.1 重新設定#2機低旁減壓閥小開度值

通常情況下，在啟停機時，低旁減壓閥開度在0～6%之間，對閥門密封面沖刷為嚴重。為避免汽流對密封面的沖刷，需要重新設定開啟值。以#3機組啟機為例，低旁減壓閥開度在行程量關到90%時快速關閉，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試階段，閥芯關閉到位后，由熱工人員人為的將閥位指示調整到欠關1%，保證油動機時刻給閥芯一個向下的力存在，做到閥門的關閉嚴密性。

3.2 改變閥芯、閥座的材質及密封結構

① 曾在2010年A修時，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，現在將硬度恢復到原設計時的硬度。

② 閥芯、閥座密封結構的改變

原閥門設計時密封面為面密封，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，但使用一段時間后仍存在內漏現象，閥后溫度仍舊很高。

通過以上的現場實踐得出：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，一旦運行中發生輕微泄露，容易發生沖蝕穿透，產生貫穿性的間隙，且越沖越大，逐漸惡化。為了提高閥門的抗沖蝕能力，結合上述分析，現對原閥門的密封副結構進行更合理的改造，形式如圖5所示：

圖5 改進后的密封結構

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計在閥座密封面的中間部位，由于介質沖蝕多從兩端尖點開始，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，能在一定程度上補償由于裝配、閥門內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上看，閥芯與閥座的密封面應存在一定的硬度差，這樣在密封時會有一定的補償，閥芯密封面堆焊司力太6，硬度達到HRC44以上，閥座可堆焊相對硬度低一點的材質，硬度在HRC38左右，這樣既保證閥芯與閥座的硬度差，同時提高了閥座的抗沖刷能力。

旁路系統的蒸汽減溫減壓閥，閥前蒸汽參數為超高壓或亞臨界甚至達到超臨界參數，因此閥前管道一般設計為低合金鋼（10CrMo910等），而閥后參數經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組正常運行時過熱蒸汽泄漏到閥后，閥后管道的長時間超溫運行會使管道材質發生蠕變，危及機組的安全運行。同時，新蒸汽及再熱蒸汽等高品質蒸汽的泄漏直接影響機組的熱經濟性。而且低壓旁路減溫減壓閥的泄漏還會使排汽缸溫度升高。降低凝結器的真空度，嚴重時會直接影響汽輪機組的正常運行。

要想使閥門的泄漏降到低，根本的應是盡量提高爐側檢修工藝標準減少爐側金屬雜質顆粒的產生與留存，當然達到無金屬顆粒雜質存在比較困難。

經過實踐證明，對減溫減壓閥進行修復后，在閥內加裝一濾網把從鍋爐沖過來的雜質顆粒“拒之門外”，是一個的選擇。目前，已有多臺200MW機組的旁路蒸汽減溫減壓閥已進行如此的完善，早的一臺已運行兩年以上，再未有雜物損傷密封面而導致閥門泄漏的缺陷發生。

4 結論

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