浙江浙能镇海发电有限责任公司 沈岳良

某电厂新建2×660MW超超临界机组的锅炉采用北京巴威公司生产的高效超超临界参数变压直流炉。最低直流负荷为30%BMCR，锅炉最大连续蒸发量为汽轮机最大连续出力工况（T-MCR）蒸发量的1.03倍，采用定-滑-定方式运行。汽轮机采用上海汽轮机厂引进西门子技术生产的超超临界、单轴、四缸四排汽凝汽式汽轮机，其入口主蒸汽参数为28MPa/600℃/620℃，汽轮机采用定-滑-定压运行方式。

旁路系统采用40%BMCR容量高低压二级串联旁路装置，旁路系统的作用是协调汽轮机与锅炉之间的运行，除回收工质、消除噪声、保护再热器的安全运行外，还可使机组在冷态、热态、滑压和定压等各种不同方式下启动；在电网或机组故障时，旁路系统起保护作用，使机组快速甩负荷，并在短时间内低负荷运行，带厂用电［1］。2020年9月首台机组在整套启动调试过程中高、低旁路阀多次发生阀座和阀芯卡涩故障。解体后发现高低压旁路阀的阀芯外表面和阀盖内表面均存在不同程度的卡涩拉毛损坏现象。

1 原因分析

旁路阀阀芯结构为鼠笼型式，阀座和阀芯配合为带预启阀功能的插入式结构（图3），阀座和阀芯之间的间隙单边为0.5mm左右。高低旁路阀在机组启动前的开启、关闭冷态调试都很正常，热态启动后才发生卡涩故障。分析造成卡涩的主要原因有以下几个方面。

图1 高旁阀损坏情况

图2 低旁阀损坏情况

图3 旁路阀结构示意图

1.1 阀前管路系统内存在杂质、硬金属异物

硬质金属异物主要来源于主蒸汽及再热蒸汽系统，机组在整套启动前虽已严格按照相关标准及要求对锅炉受热面等进行了冲管吹扫并打靶检查合格。但因系统复杂，不可避免留有吹扫死角，无法将锅炉侧的死角异物彻底吹扫干净［2］（图4）。另外由于冲管吹扫时旁路阀本体未安装，前后管路被短接。因此旁路阀安装完毕后，阀门前后局部管道内壁存在清洁度较差现象。

图4 旁路阀盖内积存硬质金属异物

1.2 阀组自身结构特性原因造成

通过对旁路阀阀盖内表面及阀芯外表面硬度测试及查阅厂家制造说明书等相关出厂资料得知，旁路阀阀盖及阀芯仅进行了调质处理，没有进行表面硬化处理。另一方面，从图3旁路阀结构示意图中可知，当旁路阀前管道启压时阀门处于关闭状态。介质首先通过图3中4-4的弹性金属导向密封环后进入阀盖与阀芯之间的腔室，对预启阀加压，确保整阀关闭严密。因此部分颗粒度大于0.5mm的硬质金属异物会积聚在主阀芯前，而小于0.5mm的杂质积聚在弹性金属导向密封环前。当主阀阀门开度较小时，杂质如果未能及时从主通道冲走，在阀盖与阀芯之间缝隙内会不断积聚，从而拉毛损坏阀盖及阀芯表面，造成阀门卡涩故障。

2 处理方法及对策

从上述原因分析可知，旁路阀前管路系统内积存的杂质及硬金属异物是引起阀门卡涩的主要原因，但由于系统原因又无法彻底消除。因此只能从阀门本身的优化改造及运行调整方面着手解决。

2.1 对阀盖和阀芯损坏部位补焊并进行热处理和PT检测

由于阀盖和阀芯组件均采用同一种材质F92制造，当异物嵌入间隙卡涩时极易发生粘连扩大损伤面。因此在阀盖内侧配合面堆焊一层STELLITE #6硬质合金材料，使阀盖和阀芯配合面形成异种金属，同时增加了阀盖内侧配合面材料的表面硬度。

2.2 对阀芯外表面进行渗氮处理

图5 缺损部位补焊F92材料

2.3 改进弹性金属导向密封环的材料

将弹性金属导向密封环更换成碳素材料导向密封环，增强润滑性、减小摩擦力。

2.4 对旁路运行控制策略进行优化调整

图7 阀芯外表面渗氮工艺表

图8 阀芯外表面渗氮前后

旁路预启阀的开度为整阀总行程的7～8%左右，机组启动后为尽快把阀前积存的杂质冲走，旁路阀第一次开阀的开度不宜过小，但为保护旁路后的管道、防止振动，第一次开阀开度也不宜过大。由于高低旁阀门的阀芯直径相差较大，同样阀门开度下的通流面积也相差较大，因此低旁阀的最小开度值可以设置得相对小一些。把高低旁路运行控制策略调整为：高旁启动模式投入，高旁会自动开至最小开度15%，等待机前主汽压力缓慢升压至1MPa，当机前主汽压力升至1MPa时，高旁阀将随主汽流量增大而逐渐开大，以维持机前压力不变，高旁阀逐渐开大至30%开度后，高旁阀会自动转入“压力爬坡”模式。

图9 导向密封环更换前后

在压力爬坡模式下，高旁阀维持30%开度不变，随着锅炉燃料量的增加，机前压力缓慢上升至冲转压力，高旁阀自动转入“定压模式”。高旁阀在定压模式下，控制机前压力，此时高旁阀最大开度仍维持在30%开度，即使主蒸汽压力随锅炉燃烧的增加而增大，高旁阀开度也不会随之增大。此时可改变压力爬坡的定值（7.5MPa左右）并重新投入启动模式，使高旁重新进入压力爬坡模式，直到主汽压力到达并网压力（7.5MPa左右），再转入定压模式。低旁投自动后低旁阀会自动开至最小开度10%，此时的控制方式为“定压模式”，以控制再热器压力。可以通过改变低旁阀的定压自动控制值来改变再热蒸汽压力。

通过对旁路阀结构和运行方式的优化调整，机组顺利通过了168小时满负荷连续试运行考核，没有再出现旁路阀卡涩现象，为后续新建机组建设提供了一些有益的探索。