吴蔚宇，王小艳，胡沁坤，唐磊(.中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙40007；.湖南华电长沙发电有限公司，湖南长沙400；.湖南金炉科技有限责任公司，湖南长沙4000)

电厂高旁阀振动原因分析及处理

吴蔚宇1，王小艳1，胡沁坤2，唐磊3
(1.中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙410007；2.湖南华电长沙发电有限公司，湖南长沙410203；3.湖南金炉科技有限责任公司，湖南长沙410200)

某电厂在启动过程中，高旁阀出现高频振动造成阀杆振断，通过对振动原因进行综合分析，采取了针对性的处理措施，成功地解决了阀门高频振动问题，消除了安全隐患。

汽轮机组；高旁阀；高频振动；原因分析

在电厂运行设备中，汽机旁路系统作为一个非常重要的设备。旁路系统投入时，主蒸汽经高压旁路减温减压后，直接进入再热器冷段的管路系统；再热器出来的蒸汽经低压旁路减温减压后直接排入凝汽器，对改善机组的启动性能，保护机组的安全、经济运行有着非常重要的作用。

1 设备概述

某电厂600MW燃煤发电工程于2012年9月投入运行，汽轮机为东方汽轮机厂引进的日立技术生产制造的超临界汽轮机。锅炉为东方锅炉(集团)股份有限公司制造的超临界参数、一次中间再热、变压直流燃煤锅炉。采用40%容量高、低压二级串联液动旁路。高压旁路阀为博普罗依特安全与调节阀门有限公司产品，高压旁路阀型式为角式，驱动方式为液压，高旁阀前后最大差为22.23MPa。

2 事故情况介绍

该电厂在2013年共进行了3次冲转，出现高排逆止阀门后疏水罐水位计接管焊缝振裂、高旁阀后压力表管断裂、高旁阀后温度测点反复故障损坏等问题；在启动过程中，高旁投入运行时声音较异常，噪声非常大且尖锐，高旁阀振动幅度较小，观察不明显，现场巡查无水锤声音。

该电厂投产后在2013年12月机组启动过程中，高旁投入运行时噪音严重超标，噪声非常大且尖锐，高旁阀振动幅度较小，但是频率极高，因为高旁阀后温度测点因振动损坏，控制系统误判断为阀门出口超温，高旁阀减温水投入自动控制，减温水调节阀瞬间全开反复波动，造成过量喷水形成严重水击，产生热应力冲击，在高频振动叠加下，高旁阀减温水环形管与喷嘴座连接管处的焊口、喷嘴座与高旁阀出口管的焊口出现开裂。同时，随着高旁阀的开度增大，高旁阀附近区域的噪音明显增大，高排逆止阀后疏水罐水位计接管和高旁阀后压力表管在机组启动过程被振裂。

3 旁路振动原因分析

3.1 旁路阀振动原因

1)旁路阀阀座直径过小，流经阀座处的流速急剧增加，高旁阀前后压差急剧变化，阀门阀笼受冲击，稳定性变差，造成旁路阀的稳定性变差，引起旁路阀振动，伴有刺耳声。

2)旁路阀后管道布置不合理。旁路阀的安装要求是旁路阀后的直管段长度一般应为管道直径的5～10倍，且温度测温点要求在水滴完全雾化之后安装距离约为0.15 s与管道出口最大流速之积，如旁路阀后直管段过短或管道布置出现U型弯等都会引起旁路阀门振动，测温点布置靠旁路出口太近，会导致测温不准确，容易引起喷水阀门的错误动作，导致水击，从而形成热应力破坏。该电厂旁路阀后的管道布置合理，但是测温点靠近旁路，导致喷水阀误动作，后续把测温点向后移已满足测温正确的要求。

3)因管道或者阀内有水导致水击，水在瞬间气化产生巨大的冲击破坏力导致剧烈的振动，主要是在机组启动初期，由于启动限制蒸汽无法快速达到过热蒸汽(需要过热度超过50℃)，此不饱和蒸汽或者低过热度蒸汽会推动管壁上的冷凝水高速移动的水滴在流经入口阀笼时速度会进一步增大，当水滴撞击阀芯部件的时候就会产生水击现场，过量的减温水瞬间加汽化产生巨大的冲击力，可以冲毁阀后的降噪笼，导致阀门的降压效果大打折扣，从而进一步加剧阀门的震动噪音等问题。

3.2 现场情况

根据现场情况，高旁阀为高频振动，振幅小，振动频率高，设计单位和生产厂家重新核算高旁阀阀座直径是否满足要求。阀门通流面积为阀座直径与阀芯行程的乘积函数，在通流面积一定的情况下，阀座直径大则阀芯行程短，反之亦然。根据生产厂家提供高旁阀阀座直径为Φ140 mm，行程为100mm。此阀座直径下主蒸汽流量768 t/h对应的Kverfw为384.0m3/h，Kvmax为504.6m3/h。阀门可以满足运行要求。

根据旁路生产厂家布置要求，如果减温前的蒸汽温度高于425℃，建议阀后采用低合金管，且阀门出口至第一个下游弯头之间直管至少为5倍内径。这种布置方式主要是使减温水能充分雾化并有足够的距离与蒸汽混合，保证喷水减温效果，避免雾化不充分产生的汽水两相流，对管道产生冲刷，引起管道高频振动。该电厂项目高旁阀后为A691CrCL22合金钢，且高旁阀后管道长度为5 900 mm，管道外径为Φ711.2mm，阀后管道长度为管道直径的8.3倍，完全满足厂家要求，排除了管道布置不合理引起高旁振动的因素。

3.3 振动原因分析

通过分析现场各运行工况和运行数据，发现有以下原因造成高旁阀振动，对设备产生破坏:

高旁阀后蒸汽温度测点设置不合理，蒸汽温度测点距离高旁阀距离不足3m，减温水没有完全雾化，导致测温错误，给DCS的信号错误，从而错误操作减温水阀，产生过度喷水导致水击，产生的巨大拉力把高旁阀上弹簧喷嘴拉裂。

在分析了机组启动时DCS数据后，发现启动过程中主蒸汽温度接近湿蒸汽区运行，在启动并网过程中，运行人员没有及时打开管道疏水阀，高旁阀是在主蒸汽管道和再热冷段管道没有充分疏水的情况下开启的。参照汽轮机制造商对主蒸汽温度的要求可知，阿尔斯通公司要求蒸汽过热度60℃以上，西门子公司要求蒸汽过热度45℃以上。当主蒸汽温度接近湿蒸汽区运行时，蒸汽混夹的水滴将对高旁阀阀芯产生冲击，尤其是通过高旁阀座后流速升高，破坏力增大，阀门内部四级降压降噪笼可能因此发生损坏或脱落，造成蒸汽未经充分减压直接进入阀后管道，产生高频振动和噪音。

据反映高旁阀在安装后第1次投入使用时(调试期间，168 h试验运行前)，就存在很大的噪音；而在冷态启动时，高旁阀随着锅炉点火而投入使用(保护锅炉再热器)，规程要求主蒸汽升温速率小于1℃/min，且至少有2 h主蒸汽温度在接近湿蒸汽区运行。因此，高旁阀作为机组的启动阀门，必须适应湿蒸汽区运行，而旁路厂家要求该阀门稳定在过热蒸汽区间运行且过热度大于45～60℃，没有考虑到电厂的实际运行情况，阀门存在设计不当的问题。

4 旁路振动处理方案

1)将高旁阀后测温点移至高旁阀出口管道下游适当位置，保证测点区域减温水完全雾化并与蒸汽混合，以保证测温点准确的测出高旁出口的真实温度，避免错误操作减温水阀产生过度喷水导致水击。

2)机组启动时，应按照运行规程和厂家要求对主蒸汽管道和再热冷段管道进行充分疏水，不应在没有暖管的情况下开启高旁阀，尽量缩短主蒸汽温度接近湿蒸汽区的运行时间，以减少蒸汽中夹带水滴对高旁阀的破坏。

3)旁路生产厂家针对该电厂实际运行情况，对阀门内部进行改进设计:阀芯由圆筒型改为抛物线型，改善低开度工况时阀芯的微调控制品质，并将第3级降噪笼与第4级降噪笼分离，第3级降噪笼尺寸缩小，厚度增大改为阀座悬挂结构，同时第4级降噪笼增加体积尺寸和底部封板厚度。这种阀门结构的修改将阀芯改为带一段可调节的阀芯，可以在小开度时更好的调节分配在各级笼罩上压降比，避免局部流速过高，另外最重要的将第3级笼罩改为阀座笼罩，这样可以将流经阀座处的大股的经过降压膨胀后的蒸汽能量通过阀座笼罩分散成多股小的能量，避免原来第3，4级置于阀后设计导致的大股能量直接冲击笼罩底部，特别是有水击的情况下，不会导致笼罩底部脱落。如果运行中有少量的湿蒸汽工况时，少量水汽化产生的能量会通过阀座笼罩分成小的能量，避免直接冲击。但是也不允许阀门长期运行于湿蒸汽工况。这种改进设计，可以有效地解决阀门运行中受夹带水滴的湿蒸汽冲击而损坏的问题。改进后的阀门如图1所示。

5 结束语

高旁阀维修改造后投入运行，顺利完成各种试验，高旁阀开启时没有出现高频振动情况，噪音在80 db以下，运行参数符合设计要求，运行情况良好。减少了机组非计划停运次数，根除了高旁事故隐患，确保机组安全高效运行，改造取得了满意的效果。

图1 高旁阀内部结构

〔1〕博普罗依特公司.高低压汽机旁路控制阀操作维护手册〔R〕.2010.

〔2〕中华人民共和国住房和城乡建设部，巾华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.电厂动力管道设计规范:GB50764—2012〔S〕.北京:中国计划出版社，2012.

〔3〕中国电力规划设计协会.火力发电厂调节阀选型导则:DJGJ 167—2004〔S〕.2004.

Analysis and Treatment on Vibration Causes of HP Bypass Valve in Power Plant

WUWeiyu1，HU Qinkun2，TANG Lei3，WANG Xiaoyan1
(1.China Energy Engineering Group Co.，Ltd.，Hunan Electric Power Design Institute，Changsha 410007，China；2.Hunan Huadian Group Changsha Power Plant Co.，Ltd.，Changsha 410203，China；3.Hunan Gold Furnace Science＆Technology Co.，Ltd.，Changsha 410200，China)

In the process of start-up at a power plant，high frequency vibration of HP bypass valve occurred，and the stem of valve cracked.Through the comprehensive analysisof the causes of vibration，with correspondingmeasures，the problem of high frequency vibration of HP bypass valve was solved successfully，and the security risk has been eliminated.

steam turbine；HP bypass valve；high frequency vibration；cause analysis

TM621.3

B

1008-0198(2017)03-0065-03

吴蔚宇(1971)，女，高级工程师，主要从事热力发电厂设计工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.018

2016-08-09 改回日期:2017-04-20