超超临界机组高旁减压阀泄漏解决方案

超超临界机组高旁减压阀泄漏解决方案

熊辉

（国家电投集团江西公司景德镇发电厂江西景德镇333000）

摘要：景德镇发电厂自投产以来高旁减压阀多次发生严重吹损，造成泄漏严重，通过分析了高旁泄漏的主要原因，对阀门结构进行改造，解决高旁减压阀泄漏问题。

关键词：660MW；高压减旁路；泄漏；保护套

引言

国家电投景德镇发电厂2×660MW机组汽轮机为东方汽轮机厂生产的N660-25/600/600型超超临界机组，单轴，一次中间再热、三缸四排，双背压纯凝式汽轮机，35%容量旁路系统，机组启动方式为中压缸启动。旁路启动系统由高低二级旁路组成，由一台型号为HBSE280-200-2高压旁路阀、两台型号为NBSE60-500低压旁路阀及高低减温水调节阀和关断阀组成，均采用气缸式执行机构。在投运后发现高旁阀阀后温度达高于高压缸排汽温度30℃左右，高旁阀存在泄漏现象，检修解体发现阀芯密封面存在严重冲刷，经堆焊修补阀门投用一段时间后再次发生泄漏，严重影响机组经济性。

一概述

1.1旁路系统介绍

景德镇发电厂启动旁路系统为二级串联旁路，由高低旁及三级减温水组成。高旁容量为35%，即蒸汽流量在852.4T/h左右，在设计时高旁预留15%余量，其进出口差压21.39MPa，高旁减温水为给水泵出口供给，设计流量为131.4T/h。

1.2阀门泄漏等级

调节阀泄漏等级是其重要的参数之一，常用的的调节阀泄漏等级主要为美标ANSI，漏等级最低级别为Ⅰ级，最高级别是Ⅵ级。高旁阀门设计泄漏等级达到ANSIV级，允许泄漏量不仅取决于阀门通径，同时取决于阀门在实际工况下关闭时出现的最大压差，按标准V级允许泄漏量为5×10-11m3/s.mm.MPa。

二高旁阀吹损原因分析

2.1启动过程蒸汽带水造成冲刷

根据解体阀门的解体后冲刷的痕迹可以看出，阀门阀芯的冲刷与阀门调整笼罩的调整孔相对应，高旁阀在机组启动过程中，因预热、疏水不充分或者管道布置不当等原因主汽管道内蒸汽带水，有大量湿蒸汽冲刷在阀芯上，由于阀门开启时开度小，蒸汽速度达到100m/s当蒸汽中夹带部分水珠或异物时，对阀芯冲刷非常大，当阀门关闭后在相应的损伤位置就会持续泄漏，而泄漏产生的高速流既会加剧阀芯的损伤，往往开机一次就已经将阀门密封线冲刷损坏。

2.2石墨平衡密封圈磨损

阀杆和笼套筒之间采用可以压缩的石墨密封圈，在开始时压紧，随着来回动作，会使密封圈磨损，当机组启停机次数一多，就可能造成间隙超标影响密封性能。阀门由于采用平衡式结构，当石墨密封圈损坏后，蒸汽从平衡孔漏至阀门，产生蒸汽泄漏。

图1高旁阀平衡式结构示意图

另外当发生石墨平衡密封圈磨损，平衡密封圈压盖螺栓受到蒸汽冲刷，发生过几次螺栓断裂，高旁阀卡涩故障。

2.3执行机构气压不稳定

阀门采用气动执行机构，气动执行器压力设计为0.5-0.8MPa，实际运行中仪用压缩空气压力虽能达至设计要求，但因空压机倒换等原因，压力并不能保持稳定不变。

三高旁阀泄漏解决方案及分析

针对存在的阀芯受蒸汽冲刷、阀芯平衡密封圈泄漏、气动执行机构不稳定等问题，技术人员与阀门生产厂家思考、分析原因，提出相应的改造方案。

3.1阀芯结构形式改造

蒸汽直接冲刷至阀芯密封面是造成高旁阀芯密封面直接吹损的主要原因，针对这个问题，提出了两种解决方案，一种是阀芯增加保护套形式，一种是将阀芯采用倒锥型接触形式。这两种方法设计思维相同，都可使密封面不受蒸汽直接冲刷，在实际运用上都能达到防止高旁阀吹损目的，但两种方案均存在其利弊。

3.1.1采用保护套形式

保护套是一个直接解决的办法，但可以看出增加了保护套后阀，阀门通流面积将减少，该型号的阀座改造后口径由原来109mm缩小到103mm左右，通流面积减小9%左右，该型号高旁设计容量预留15%余量，改造后仍可保证正常使用，但预留余量减少在一些极限运行情况下可能造成运行操作问题。这一点在设计预留余量不足的阀门改造时要注意。

3.1.2阀芯采用倒锥形密封接触

倒锥形密封改造方案同样可以保证蒸汽不直接冲刷在阀芯上，并且与加保护套方案相比可不保证高旁阀通流面积不变。这种改造也有它存在的问题，由于密封面形式改变，阀座也同样在形式发现变化。问题在于阀座斜面内高外低，一旦有杂质可能藏于阀座内，这将可能造成阀门无法全关，并且密封面也会损伤。对于这种情况，要针对开停机次和实际运行情况安排定期检查。

3.2采用先导式结构

平衡式结构主要靠石墨平衡密封圈密封，先导式结构采取先导阀和石墨密封圈组合的方式密封，阀门在开关过程中将先导阀打开，阀芯上装有弹簧，从而使阀门通过平衡孔保证阀芯上下腔压力平衡，阀门启闭力量小，在阀门关闭时，阀芯在执行机构推力作用下，克服弹簧顶力，预启阀密封面与阀芯密封面贴合，关闭了平衡孔通道，从而使平衡孔不产生泄漏。

图2高旁减压阀改造为先导式结构示意图

3.3增设液压加紧装置

为防止气源压力波动对执行机影响，同时改善阀门关闭力量，在气动控制装置气缸上加装了液压加紧装置，也就是在气动执行机构上面增加液压缸，，在原有执行机构基础上进行改造，如图9所示，将气缸盖开孔制造出伸出的轴，在气缸盖上加装液压缸，加装一个采用压缩空气作为动力的液压比例泵，在阀门关闭状态时靠液压缸来增加推力，保证密封，阀门开启时，靠定位器另外引出的的压缩空气控制液压缸卸荷，阀门恢复气动控制，保证控制方式与原来一样，非常可靠的进行控制，又能保证密封面的必须压力。

结束语

景德镇发电厂2014年对高旁阀改造采用先导式结构、阀芯采用保护套形式、增加了液压加紧装置，改造结束阀后温度在不投入减温水的情况下，控制在290℃以内，改造效果非常显著，经两年运行后解体检查，阀芯、阀座密封面基本完好。通过对高旁阀从运行方式、阀内结构、执行机构等方面探究，有效提高高旁阀的可靠性，降低检修维护费用，同时减少因泄漏带来的损耗，达到节能减排的目的。

参考文献：

[1]ANSI/FCI70-2-2013控制阀泄漏标准

[2]陆培文主编.实用阀门设计手册（第三版）[M]机械工业出版社2012

[3]张志贤主编.阀门技术资料手册[M]中国建筑工业出版社2013