郭岩，郭欣瑀，张博，张中林

（1.通辽霍林河坑口发电有限责任公司，内蒙古霍林郭勒029200；2.南京工程学院电力仿真与控制工程中心，南京210013）

600 MW亚临界机组高压旁路阀内漏原因分析与改造

郭岩1，郭欣瑀1，张博1，张中林2

（1.通辽霍林河坑口发电有限责任公司，内蒙古霍林郭勒029200；2.南京工程学院电力仿真与控制工程中心，南京210013）

高压旁路阀泄漏造成了高品质蒸汽的浪费，不仅降低了机组效率、增加了汽耗、浪费了减温水，而且增加了排汽装置的换热量，导致给水泵和凝结水泵能耗的增加；高压旁路阀泄漏还会降低凝汽器的真空度，导致端差增大，影响了机组效率，增加了煤耗。因此，采取有效的措施减少高压旁路阀门的内漏非常必要。在某600 MW亚临界空冷机组高压旁路阀内漏改造中，吸取平衡阀芯与非平衡阀芯的优点，将高压旁路阀改造为预启阀芯结构式阀门，成功解决了内漏问题，为同类机组类似问题的处理提供了参考。

高压旁路；内漏；改造

0 引言

火力发电机组投产后，设备长期处于运行状态，各类问题逐渐突显，如高压旁路（简称高旁）系统阀门内漏问题等在运行中无法消除的隐患给安全生产和经济运行带来诸多不利因素。高旁阀是汽轮机高、中压缸联合启动，正常停机及事故处理的关键阀门，且要求具备严密性高及快速动作性能。如果高旁阀门内漏问题不能得到有效治理，便失去了阀门使用功能，造成新蒸汽严重浪费，机组循环效率下降，煤耗及厂用电率增加，是目前急需解决的问题。

某600 MW亚临界机组高旁阀内漏状况日益严重，已无法满足机组正常运行要求。为保证机组安全经济运行，需对高旁阀结构进行必要的改进，尽可能减少阀门内漏现象[1-3]。

1 高压旁路运行特点

高旁阀是在汽轮机高中压缸联合启动、正常停机及事故处理时控制主设备安全稳定运行的关键阀门，同时具备快速动作性及严密性功能。

高旁阀长期运行在较为恶劣的环境中，阀前处于主蒸汽的高温、高压区域，阀后为冷端再热器（简称冷再），阀前与阀后运行参数差距较大。当阀门开启瞬间或不严密时，阀芯承受高温、高压蒸汽冲刷，极易产生严重磨损，造成阀门内漏。为减少新蒸汽的损失，避免循环效率下降，提高供电煤耗及厂用电率，机组正常运行时高旁阀必须要有较好的严密性。

2 高压旁路内漏原因分析

根据经验分析，高旁内漏的原因主要有以下几点：

（1）阀门结构问题导致的内漏。

（2）蒸汽介质含杂质等固体颗粒，易卡在阀门密封面上。

（3）旁路阀前或阀体疏水不通畅，管道内清洁度不高，杂质较多。

（4）湿蒸汽或水会产生的闪蒸蒸汽和汽蚀，冲蚀阀座及阀芯。

所谓冲蚀，也叫冲刷。理论上都是由闪蒸和汽蚀造成的，而闪蒸和汽蚀都是由于水发生相变造成的，水若不发生相变，是没有任何破坏性的。同样，过热蒸汽流动时，也不会对密封面造成冲刷，只有当水流经密封面且水发生相变时才会造成冲刷。冲蚀现象在机组启停过程中是不可避免的，以下将从阀门结构入手，通过对阀门结构的改造来达到高旁阀抗磨损、防冲刷的作用。

3 高压旁路阀改造原理

阀芯结构总体分为两种：即平衡阀芯及非平衡阀芯。

3.1 平衡阀芯与非平衡阀芯的优缺点分析

平衡阀芯上下腔通过贯穿阀芯的通孔相连，以此平衡压力，如图1所示。这种阀的优点是执行器驱动力小，开关灵活，缺点是阀门泄漏等级低，存在本质上的内漏因素，只要介质越过阀塞上的密封圈，就会造成阀门内漏。

非平衡阀的优点是阀门密封等级高，关断严密；缺点是阀塞上下腔因压差会出现不平衡力，导致执行器的驱动力巨大，大大增加制造成本。

3.2 预启式阀芯的设计

3.2.1 预启式阀芯的优点

通过研究，吸取平衡阀芯与非平衡阀芯的优点，选择预启式阀芯结构是解决阀门内漏的有效途径，如图2所示。预启式阀芯结构特点是运行时为平衡阀芯，驱动力小；关闭时变为非平衡阀芯，关断严密，可以达到零泄漏。并且，在阀门外形不变的条件下，就能改进为预启式阀芯，改造工作量小。图3为采用预启式阀芯的阀门（简称预启阀）的内部结构示意。

图1 平衡阀阀芯结构

图2 预启式阀芯结构

图3 预启阀结构

由于阀门长期处于高温、高压、大压差的工况，为使阀门关断严密，许多阀门制造商通常会选择传统的单座阀门。但这种最大的问题是驱动阀门所需的力相当大，导致阀杆粗壮，传动机构笨重。如果采用预启阀，用很小的执行器就可以严密地关断阀门，且能提供良好的控制性能及调节曲线，节能效果明显。

3.2.2 预启阀的工作原理

预启阀主阀塞是主要的控制介质元件，其内部设置一个小阀塞，与阀门的阀杆为刚性相连。通常情况下，主阀塞内件的碟形弹簧将大、小阀塞推开，此时，阀塞上下腔是连通的，即为平衡阀塞，执行器的驱动力很小。

当阀门关闭时，主阀塞作为一个平衡阀塞首先接触阀座，随后小阀塞压缩碟簧变形后与其小阀座接触密封。此时，原平衡芯件变成了非平衡芯件，上腔的压力对阀塞产生了巨大的推力，促使阀门关闭得更加严密。

当阀门开启时，执行器只需打开小阀塞即可。开启小阀塞后，主阀塞马上由非平衡结构变成平衡结构。

预启阀除了应用于旁路阀，还可应用于超临界减温水调节阀、蒸汽减压阀、给水泵隔离阀、高加危急疏水阀、锅炉对空排放阀等。

4 高压旁路阀改造方案

4.1 预启阀的改造步骤

主要改造工作如下：

（1）改造原阀杆、阀塞并重新设计、生产、抛光，阀门结构设计为预启阀阀芯结构，新的阀门组件外形与旧的阀杆、阀塞相同。

（2）改造节流阀笼，首先确认原部件材质并保持一致，再进行热处理、渗氮、研磨密封面。

（3）阀座处理，原旁路阀门阀座材料应为X22CrMoV121，确认材质后，如果阀门解体后阀座损毁不严重，对阀座进行补焊修复处理。如果损毁严重，重新制造新阀座，外形与原阀座等同。

4.2 其他改造措施

除了将高旁阀的阀芯结构改造为预启式阀芯外，治理高旁阀内漏还有以下几项措施：

（1）将阀体改进为锻钢球形阀体，组织致密，壁薄，较筒体式阀门更耐压。

（2）将阀盖结构改进为压力自密封阀盖，安全、可靠，内压越高，密封性能越好。

（3）将阀座改进为镶装式可拆卸形式，方便检修。

（4）将减温水喷射方式改进为弹簧喷嘴方式，雾化效果好。

5 高压旁路阀改造后安全经济性分析

对通辽霍林河坑口电站的600 MW机组，进行了高压旁路阀内漏的改造工作，并对阀门进行了改造后的安全性和经济性分析。

5.1 安全性分析

（1）改造后阀后温度比高压缸排汽温度低20℃，已符合要求。

（2）从根本上解决旁路的泄漏问题，大幅提高了阀门的密封等级，达到ANSIV级密封要求（即通常所说的零泄漏）。

（3）采用预启式阀芯，驱动力小，安全性更高；为镶装式阀芯，检修、消缺更快捷。

5.2 经济性分析

按照600 MW机组某个运行工况下高压旁路前后运行参数分析，高旁前压力16.7 MPa，温度538℃，阀后压力（即冷再压力）3.6 MPa，温度350℃，温度高于冷再温度15℃。此时，高旁阀内漏较为严重，但未达到投入高旁减温水的程度，给水及凝结水量不变，抽汽份额不受影响。泄漏的新蒸汽节流后汇入再热冷段，再热蒸汽份额也不变，泄漏量约为主蒸汽流量的1‰，以等效焓降法计算汽轮机效率下降约0.15%，循环吸热量降低4.22 kJ/kg，煤耗增加约1 g/kWh。通过此项改造，若按单机年利用4 000 h计算，600 MW机组年发电量24亿kWh。每吨标煤按照300元（霍林河地区）计算，每台机组每年可节约费用300元/t× 240万t=720万元。

6 结语

如何提高机组安全性、经济性保证机组处于经济运行状态一直是技术人员研究的重点。高压旁路预启阀改进的成功应用，为治理高压旁路系统泄漏问题提供了一种新的方法，取得较高的经济效益，同时提高了机组运行的稳定性和安全性。

这种治理方法不仅能够应用在直接空冷机组上，也适用于湿冷机组同类结构阀门（如高、低压旁路阀，超临界减温水调节阀，蒸汽减压阀，给水泵隔离阀，高加危急疏水阀,锅炉对空排放阀等）。

从实际应用情况来看，此结构阀门不仅有较好的经济效益，而且具有较强的实用价值，值得全面推广，并有非常好的应用前景。

[1]徐传堂.600 MW超临界高压旁路阀内漏的技术改造[J].能源研究与利用，2015（6）∶44-45.

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[9]张良军，李康良.600 MW机组高压加热器疏水控制系统改进[J].浙江电力，2011，30（3）∶40-42.

（本文编辑：陆莹）

Cause Analysis and Renovation of High-pressure Bypass Valve Leakage for a 600 MW Subcritical Unit

GUO Yan1，GUO Xinyu1，ZHANG Bo1，ZHANG Zhonglin2
（1.Tongliao Huolin River Kengkou Power Generation Co.，Ltd.，Holingola Inner Mongolia 029200，China；2.Simulation and Control Center，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 210013，China）

High-pressure bypass valve leakage causes high quality steam waste，not only reducing the unit efficiency，increasing the steam consumption wasting the temperature reduction water but also increasing the heat exchange in exhaust steam device，which therefore leads to energy consumption increase of feedwater pump and the condensate pump；leakage of high-pressure bypass valve reduces the vacuum of the condenser，leads to terminal difference increase，affects the unit efficiency and increases the coal consumption.Therefore，it is necessary to take effective measures to reduce high-pressure bypass valve leakage.In renovation of high-pressure bypass valve leakage for a 600 MW subcritical unit，the advantages of balancing valve and unbalancing valve are maintained to reform high-pressure bypass valve into a valve with equalizing valve core, by which the leakage is successfully handled and can provide reference for the treatment of similar problems of the same units.

high-pressure bypass；leakage；renovation

10.19585/j.zjdl.201705012

1007-1881（2017）05-0045-03

TK264.9

B

2016-12-07

郭岩（1964），男，高级工程师，从事发电厂检修工作。