0 引言
汽輪機旁路系統是與汽輪機并聯的蒸汽減溫減壓系統,一般都是由減溫減壓閥、減溫水調節閥、管道及控制裝(zhuang)置(zhi)(zhi)所組成。高壓旁路閥,可(ke)使多余蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)不進入汽(qi)(qi)輪機高壓缸(gang)而(er)直接(jie)進入再熱器,蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)的(de)壓力和溫(wen)度通(tong)過減(jian)溫(wen)減(jian)壓裝(zhuang)置(zhi)(zhi)(即旁路閥)使蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)參數降至(zhi)再熱器人口處的(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)參數。
機(ji)(ji)組(zu)(zu)負荷變化時,旁(pang)路系(xi)統具有良(liang)好的調節(jie)作(zuo)(zuo)用(yong),即使鍋爐、汽輪(lun)機(ji)(ji)負荷匹配(pei)。旁(pang)路系(xi)統能適應機(ji)(ji)組(zu)(zu)定壓運(yun)行(xing)(xing)和變壓運(yun)行(xing)(xing)兩(liang)種工況。同時當電網突(tu)然故(gu)障,旁(pang)路系(xi)統能在2~4s內自動開啟投入運(yun)行(xing)(xing)。機(ji)(ji)組(zu)(zu)帶廠用(yong)電負荷運(yun)行(xing)(xing),待故(gu)障消除(chu)后(hou)立即向電網供電,即帶廠用(yong)電運(yun)行(xing)(xing)工況;當汽輪(lun)機(ji)(ji)跳閘(zha)時鍋爐降負荷至最(zui)低穩(wen)壓負荷下繼續(xu)連(lian)續(xu)運(yun)行(xing)(xing),即停機(ji)(ji)不停爐工況;汽輪(lun)機(ji)(ji)旁(pang)路閥都發揮(hui)了重(zhong)要的作(zuo)(zuo)用(yong)。
1 高壓旁路閥普遍存在的問題
由于汽輪機高壓旁路閥是在惡劣工況下運行的閥門,其前后壓差相當大。以600MW機組的二級旁路系統為例(如圖1所示),高壓旁路閥門進口壓力是主蒸汽壓力,額定工況時為16.67MPa,閥門出口壓力是再熱器進口壓力,額定工況時為2.41MPa,所以調節閥在額定工(gong)況下閥門前后的壓(ya)力差為14.26MPa。調節(jie)閥中(zhong)的流(liu)體(ti)(ti)在高(gao)(gao)壓(ya)力差下必然會(hui)成(cheng)為高(gao)(gao)速(su)(su)流(liu)體(ti)(ti),而閥門內產(chan)生(sheng)(sheng)汽蝕(shi)、閃蒸、振動和噪音的主要(yao)原因就是高(gao)(gao)速(su)(su)流(liu)體(ti)(ti)的存在。所以目前大多數電廠的高(gao)(gao)壓(ya)旁路閥因高(gao)(gao)速(su)(su)流(liu)體(ti)(ti)的影響,普遍存在:閥門密封面因侵蝕(shi)引起泄漏;機組(zu)運行(xing)期間管道產(chan)生(sheng)(sheng)高(gao)(gao)噪音、高(gao)(gao)振動;閥內件發生(sheng)(sheng)嚴重(zhong)損壞(huai)等問題。
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圖1 汽輪機旁路系統(tong)
2 高壓旁路閥產生泄漏原因分析
當壓力為P1的高速介質通過高壓旁路閥時,介質首先通過閥筒流動到閥芯位置,由于旁路閥中的閥芯和閥座之間具有能產生頸縮現象的節流,使介質壓力降低到P2,當介質壓力P2低于該介質的飽和蒸汽壓力Pv時,介質就會在閥芯位置產生汽化現象形成氣泡。當介質通過閥芯和閥座形成的頸縮位置后,介質壓力會由P2提高到P3,并大于介(jie)質的(de)(de)(de)飽(bao)和蒸汽壓力Pv,這時之前形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)氣泡就會(hui)發生破裂,在(zai)閥門中(zhong)產生極大的(de)(de)(de)局部(bu)壓力。閥門中(zhong)的(de)(de)(de)節(jie)流元件都會(hui)受到局部(bu)壓力的(de)(de)(de)變化而發生嚴重的(de)(de)(de)破壞,這既(ji)是(shi)所謂的(de)(de)(de)汽蝕現象。[2]這種(zhong)巨大的(de)(de)(de)能量變化是(shi)造成(cheng)(cheng)閥門的(de)(de)(de)損壞的(de)(de)(de)主(zhu)要原(yuan)因,使得閥門發生內漏和外漏,導致(zhi)閥門運行(xing)(xing)中(zhong)的(de)(de)(de)高噪(zao)音及管道的(de)(de)(de)振動,從而影響整個系(xi)統的(de)(de)(de)安全(quan)性和運行(xing)(xing)效率。
因此(ci),高(gao)(gao)壓旁路(lu)閥在惡劣工(gong)況下產生泄漏的原(yuan)因就是閥內件受(shou)到(dao)汽蝕所(suo)致,即(ji)閥門受(shou)到(dao)來源(yuan)于高(gao)(gao)速流(liu)(liu)體流(liu)(liu)過閥芯,產生巨大(da)的能量(liang)變化。
3 迷宮式調節閥
迷(mi)(mi)(mi)宮(gong)式(shi)(shi)調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)(fa)(fa)是目前新(xin)一代的(de)(de)(de)、具(ju)有較高(gao)技術含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)、能夠適應高(gao)溫高(gao)壓等(deng)惡劣環境下的(de)(de)(de)調(diao)(diao)節(jie)型(xing)閥(fa)(fa)(fa)門(men)。迷(mi)(mi)(mi)宮(gong)式(shi)(shi)調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)(fa)(fa)與普(pu)通調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)(fa)(fa)所(suo)不同(tong)的(de)(de)(de)是具(ju)有多(duo)層(ceng)迷(mi)(mi)(mi)宮(gong)式(shi)(shi)芯(xin)包,其利(li)用(yong)(yong)迷(mi)(mi)(mi)宮(gong)式(shi)(shi)芯(xin)包多(duo)級降壓的(de)(de)(de)原(yuan)理,無論閥(fa)(fa)(fa)門(men)前后(hou)壓力差(cha)的(de)(de)(de)大小,經過芯(xin)包后(hou)介(jie)質(zhi)流速就會受(shou)到限制,使介(jie)質(zhi)壓力一直保持在(zai)在(zai)汽(qi)化壓力Pv之上,從而避免閥(fa)(fa)(fa)門(men)內(nei)件(jian)產(chan)生汽(qi)蝕現象,因此(ci)能夠解決普(pu)通調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)(fa)(fa)所(suo)發生的(de)(de)(de)閥(fa)(fa)(fa)內(nei)件(jian)汽(qi)蝕、運行時高(gao)噪音、管道震動(dong)、閥(fa)(fa)(fa)門(men)調(diao)(diao)節(jie)靈敏度(du)低(di)等(deng)普(pu)遍(bian)問題。迷(mi)(mi)(mi)宮(gong)式(shi)(shi)調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)(fa)(fa)主要(yao)運用(yong)(yong)在(zai)高(gao)溫高(gao)壓條(tiao)件(jian)下所(suo)需閥(fa)(fa)(fa)門(men)中(zhong),目前在(zai)電廠鍋爐(lu)減溫水(shui)調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)(fa)(fa)、給水(shui)泵最小流量(liang)(liang)控(kong)制閥(fa)(fa)(fa)、連續排污調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)(fa)(fa)、主蒸(zheng)汽(qi)調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)(fa)(fa)以及軸封蒸(zheng)汽(qi)調(diao)(diao)節(jie)閥(fa)(fa)(fa)中(zhong)都有廣泛應用(yong)(yong)。
迷宮式調節閥主要由閥體、包括芯包在內的閥內件、閥蓋、閥座、閥桿、密封填料及執行器組成。其核(he)心技(ji)術(shu)是閥門內具有(you)多層迷宮盤片層疊形成的芯包,所有(you)迷宮盤片都是用(yong)無(wu)電解(jie)鎳釬焊材(cai)料,經(jing)過加(jia)壓,放入真(zhen)空(kong)電爐加(jia)溫燒結(jie)而(er)成。所以整個迷宮盤片層疊的芯包本身就相當于一張(zhang)濾(lv)網,把(ba)高壓旁路閥系統中的一些固體雜質擋在(zai)芯包之前,從(cong)而(er)保(bao)護閥芯和閥座不被劃傷,實現閥內件不受汽(qi)蝕等問題,如(ru)圖2所示。
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圖2 迷宮式閥門芯包(bao)
4 應用實例
下面以哈爾濱第三發電(dian)廠600MW機組3號機高壓(ya)旁路閥為(wei)例,采(cai)用(yong)迷宮式(shi)(shi)(shi)調節閥技術進(jin)行(xing)改造。3號機組高壓(ya)旁路閥主要參數(shu):額定流量為(wei)600t/h,進(jin)/出口(kou)(kou)壓(ya)力(li)為(wei)16.67MPa/2.41MPa,進(jin)/出口(kou)(kou)溫度為(wei)537℃/282.5℃,調節特(te)性為(wei)線性,執(zhi)行(xing)機構(gou)形式(shi)(shi)(shi)為(wei)電(dian)-液式(shi)(shi)(shi)。
4.1 高壓旁路閥損壞情況
從現場了解(jie)和調查的情況(kuang)來看閥(fa)體完好(hao),但閥(fa)內件(jian)損(sun)壞(huai)的情況(kuang)是(shi)嚴重的。其(qi)損(sun)壞(huai)情況(kuang)如圖(tu)3、圖(tu)4所示。
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圖3 閥芯損壞(huai)情況照片
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圖4 閥內件內套筒損壞情況照片(pian)
4.2 利用迷宮式閥內件改造
哈爾濱(bin)第三發電廠600MW機組(zu)3號(hao)機高壓(ya)旁(pang)路閥的(de)(de)(de)(de)(de)(de)進口(kou)壓(ya)力為16.67MPa,出口(kou)壓(ya)力為2.41MPa,壓(ya)差(cha)為14.26MPa。迷宮(gong)型疊片式閥內件,其(qi)最大壓(ya)差(cha)可達(da)34MPa左右(you),可調比可達(da)到800∶1,所(suo)以(yi)能夠充分地滿足3號(hao)機高壓(ya)旁(pang)路閥壓(ya)差(cha)和調節功能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求。迷宮(gong)式閥內件是把一(yi)連(lian)串單獨的(de)(de)(de)(de)(de)(de)圓(yuan)片疊加在(zai)一(yi)起(qi),并將(jiang)其(qi)整合成(cheng)一(yi)個套筒(tong),籍以(yi)達(da)到降低流(liu)速的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。每一(yi)個圓(yuan)片都有(you)(you)經過(guo)精心調控的(de)(de)(de)(de)(de)(de)小(xiao)孔和表面蝕刻帶有(you)(you)許多(duo)(duo)尖(jian)銳(rui)轉角(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)通道(dao)(dao),并構成(cheng)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)圖形(xing)。當閥芯在(zai)套筒(tong)內位移時,流(liu)體受到節流(liu)并迫使其(qi)流(liu)過(guo)極(ji)其(qi)曲折的(de)(de)(de)(de)(de)(de)途徑,而每個轉角(jiao)就起(qi)一(yi)級(ji)降壓(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用。由(you)于眾多(duo)(duo)狹(xia)窄流(liu)道(dao)(dao)(每個都具有(you)(you)許多(duo)(duo)尖(jian)銳(rui)轉角(jiao)和連(lian)續(xu)擴張(zhang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)徑)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)合效(xiao)應,在(zai)逐級(ji)膨脹(zhang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程中減少(shao)了(le)(le)流(liu)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)動能,降低了(le)(le)壓(ya)力,因而避免(mian)了(le)(le)噪(zao)聲的(de)(de)(de)(de)(de)(de)來源。
在(zai)原3號機高壓旁路閥(fa)的(de)閥(fa)體上安(an)裝(zhuang)新(xin)的(de)迷(mi)宮型閥(fa)內件。其(qi)改造過程利用下面圖(tu)(tu)示(shi)(shi)進行闡述:先安(an)裝(zhuang)閥(fa)座及密封環,如(ru)圖(tu)(tu)5所示(shi)(shi);再安(an)裝(zhuang)迷(mi)宮式閥(fa)芯,如(ru)圖(tu)(tu)6所示(shi)(shi);之后(hou)安(an)裝(zhuang)閥(fa)桿,如(ru)圖(tu)(tu)7所示(shi)(shi);再安(an)裝(zhuang)導向裝(zhuang)置(zhi)、閥(fa)蓋及填料等閥(fa)內件,如(ru)圖(tu)(tu)8所示(shi)(shi)。
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圖5 安裝閥座及密封環
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圖(tu)6 安裝迷宮型閥芯
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圖7 安裝閥桿
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圖8 安裝導向裝置、閥蓋及填料等閥內件(jian)
4 結語
經(jing)改造(zao)后的(de)高(gao)壓旁(pang)路調節閥(fa)能(neng)很(hen)好地維持電廠汽輪(lun)機組(zu)安全經(jing)濟運行(xing)(xing),在電廠多(duo)次(ci)大修小修過程中對高(gao)壓旁(pang)路閥(fa)進行(xing)(xing)解體(ti)檢驗(yan),均未發(fa)現(xian)閥(fa)門(men)內(nei)部有任何沖刷和損壞(huai)現(xian)象。迷宮式(shi)改造(zao)技術(shu)能(neng)夠有效地控制高(gao)速流(liu)體(ti)的(de)產生,能(neng)成功解決(jue)高(gao)溫高(gao)壓閥(fa)門(men)所(suo)遇到的(de)汽蝕、高(gao)噪音、震動、閃蒸等普遍問題,并能(neng)夠提(ti)供流(liu)量的(de)準確控制和閥(fa)門(men)良好的(de)關閉特性,保證了機組(zu)安全、經(jing)濟、穩定地運行(xing)(xing),提(ti)高(gao)機組(zu)運行(xing)(xing)的(de)經(jing)濟效率并延(yan)長(chang)了維修周(zhou)期。