超临界600 MW机组高压旁路系统优化改造

李永利， 陈 军

(神华国华太仓发电有限公司， 江苏太仓 215433)



超临界600 MW机组高压旁路系统优化改造

李永利， 陈 军

(神华国华太仓发电有限公司， 江苏太仓 215433)

针对某国产超临界600 MW机组高压旁路阀泄漏问题进行了分析，得出因锅炉氧化皮脱落造成锅炉过热器等管道通流面积变小或堵塞管道，继而管壁超温爆管。将高压旁路阀的阀座改成可拆卸式结构，并在阀前加装隔离门，泄漏问题得以解决。

火电机组； 高压旁路系统； 结构优化

某国产超临界600 MW等级机组高压旁路系统在装一台CCI公司生产的DRE 125-C/Qty 2型高压旁路阀，阀座为整体结构，于2006年随主设备投入运行，除机组定期检修外至今已经连续运行7年时间。因泄露先后进行多次解体研磨修复密封面，硬质合金层已经基本损耗完，密封面已经部分漏出母材，造成密封面硬度下降，抗吹损能力显著降低，已严重威胁到机组的安全稳定运行。笔者通过研究阀门结构特点、运行参数等，确定产生缺陷的原因，利用机组检修机会进行了改造，改造后效果明显，保证了机组的安全可靠运行。

1 改造前设备状况

1.1 设备结构特点

苏尔寿DRE高压旁路阀的设计特点[1]：高压旁路阀由于其安装位置的特殊性(入口为主蒸汽母管，出口为再热器冷段管路)，造成出入口存在较大压差。DRE系列高压旁路阀采用低进高出结构，即在高压旁路阀关闭状态下，阀芯与阀座封闭主蒸汽压力，而阀盖及填料只需要承受冷再的压力，提高安全性。在阀芯设计上为了提高其调节性，采用肋片渐扩式设计，随着开度增大，阀芯与阀座间通流面积逐渐增大。DRE 125-C/Qty 2型高压旁路阀结构图见图1、图2及图3，其配合尺寸见表1。

图1 结构图

图2 主要结构尺寸

图3 配合示意图

表1 配合尺寸 mm

1.2 设备状况

该机组自2006年投产至今，高压旁路阀先后进行了六次解体检修研磨修复密封面，其中有4次发现阀门密封面蒸汽吹蚀严重(见图4、图5)，对阀座的研磨量较大。

图4 阀杆吹损后外观

图5 阀座吹损后外观

目前7号机组高压旁路阀阀座密封面硬质合金已经研磨损耗完，若再次出现泄漏需要切割返厂重新堆焊处理。

2 高压旁路阀吹损原因分析

因该机组为国产第一批超临界参数机组，随着运行时间的增长，锅炉氧化皮生成速度较快，氧化皮脱落造成锅炉受热面过热器等管道通流截面积变小或堵塞，多次发生超温爆管，机组被迫停运。目前采取的主要控制措施是对锅炉受热面进行大流量冲洗，即在启动过程中采用短时间减少高压旁路阀开度的方式来使过热器管内压力提高，之后迅速开启高压旁路阀，通过过热器管内压力的瞬间变化来起到氧化皮吹扫的作用。但是，在保护锅炉的同时，也增加了高压旁路阀密封面的蒸汽吹蚀机率，造成高压旁路阀多次内漏。

密封面蒸汽吹蚀机理如下[1]：由于阀芯密封面下部直段与渐扩线联合起来具有保护阀芯密封面(图6)、减缓密封面吹损的作用。在阀门开启时，蒸汽在渐扩线导向下可以避开阀芯密封面，当阀门关闭不严密，漏泄蒸汽通过阀芯密封面下部直段与阀座之间时，会产生节流减压作用(图7)，减缓阀座密封面损耗。在锅炉过热器氧化皮大流量冲洗需要通过高压旁路阀进行憋压控制，致使高压旁路阀存在小开度(10%～20%)运行，此时阀芯与阀座密封面径向通流间隙很小。而通常此类阀门密封面下部加工的环形直段高度有5～7 mm，在阀门开度只有8～16 mm的情况下，环形密封线与阀座直段距离只有1～13 mm。在此情况下，携带氧化皮颗粒的高速蒸汽沿阀芯导流槽流动，吹损环形密封线(图8)，阀芯密封面下部直段消失，渐扩线角度发生改变(图9)，致使阀芯密封面失去保护，直接暴露于高速蒸汽切线方向，蒸汽在改变角度的渐扩线导向下，快速吹损密封面。特别是在小开度状态下，由于阀芯密封面下部直段消失，蒸汽正对密封面蒸汽吹蚀并产生喷嘴效应，使蒸汽流速加快，进一步加剧密封面损坏。

图6 阀芯下部直段与渐扩线保护阀芯密封面

图7 节流减压作用减缓阀座密封面损耗

图8 小开度运行蒸汽吹蚀槽顶部环形密封线

图9 直段消失下快速吹损密封面

3 优化改造

3.1 必要性

(1) 旁路系统的可靠性直接影响着机组的运行安全。阀门泄露后，其阀后管路温度可接近或超过阀后管路允许使用温度(450 ℃左右)的情况，严重威胁机组和人员的安全。

(2) 由于该高压旁路阀的阀座为整体结构，故消除缺陷只能采用现场研磨方式。经多次研磨，目前密封面已经部分漏出母材，造成密封面硬度下降，抗吹损能力显著降低。

(3) 现场研磨工期直接取决于发生缺陷的严重程度，导致工期控制比较困难，检修工作量较大，严重时会延误机组启动。

3.2 改造方案

(1) 高压旁路阀在原阀基础上将阀座改造为可拆卸式结构，阀座型线基本保持不变(见图10)。通过储备轮换备件，在检修时直接更换阀座，将更换下来的阀座修复作为下次检修备件，达到缩短检修工期和节约检修成本目的。

图10 改造后高压旁路阀阀座结构示意图

(2) 在高压旁路阀前加装隔离门，考虑到阻力损失及开关方式，采用电动闸阀结构。运行中一旦发生内漏，可关闭隔离门，无需紧急停机消缺。

4 结语

实施上述改造后，高压旁路阀在运行中一旦发生内漏时，可关闭隔离门，无需紧急停机消缺，显著提高高压旁路系统的安全可靠性，保证机组长周期安全稳定运行；同时使用可更换阀座，不仅缩短检修工期(具备检修条件下1.5天内)，降低检修费用，缩短了机组启动时间，阀体不需要做堆焊处理，可有效避免阀座密封面堆焊所产生的不良影响。改造后的高压旁路减温减压阀已连续安全运行约一年时间，未发生超温泄露等故障，提高了高压旁路阀使用寿命及安全可靠性，同时降低了该设备的运行及维护成本。

[1] 郑峰. 常用金属材料手册[J]. 北京: 化学工业出版社, 2007: 161-197.

Optimization and Improvement of a High-pressure Bypass System for Domestic 600 MW Supercritical Units

Li Yongli, Chen Jun

(Guohua Taicang Power Generation Co., Ltd., Taicang 215433, Jiangsu Province, China)

Aiming at the problem that forced shutdown was repeatedly encountered by a domestic 600 MW supercritical unit since its operation due to the leakage fault of high-pressure bypass valve, an analysis was conducted, and subsequently over temperature tube burst was found to be the main reason, which was caused by shrunk flow area or blocked tube resulted from oxide scale falling into the passage of boiler superheaters. The problem has been solved by changing the bypass valve into the detachable type and adding an isolation device in front of the valve.

thermal power unit; high-pressure bypass system; structure optimization

2016-05-19；

2016-08-05

李永利(1981—)，男，工程师，主要从事能源动力设备的设计、维护等工作。E-mail: ty-lyl@163.com

TK227

A

1671-086X(2017)03-0213-03