浅谈1000MW超超临界火电机组中低压旁路阀内漏问题的优化改造

　　阀门实际运行状态分析：
　　在启动阶段低旁阀开度设置为10%左右，可以观察到绿色曲线的入口蒸汽温度远低于红色曲线蒸汽饱和温度，持续时间约为2小时，此时机组处于小容积流量、真空运行工况，进入阀门的蒸汽里含有大量的水分，湿蒸汽的含水量超过20%，经过笼罩节流孔后迎面对着阀芯的倾斜密封面流向阀座下游，由于阀后的压力为真空负压以及阀座的喉颈缩口，湿蒸汽在经过阀笼节流孔出口和阀芯间隙时，蒸汽流速是瞬间上升的，在阀笼和阀芯的间隙中容易形成涡流，高速湿蒸汽中的水滴分子正对阀芯密封面斜角冲刷，这样对阀芯的斜角密封面破坏会比较大。由于蒸汽流顺流向阀座下游流出，所以对阀芯的底平面几乎没有任何影响。低旁阀阀内件的损伤是明显的水蚀损伤，阀笼、阀芯和阀座的结构设计无法防止水蚀破坏，所以造成每次阀门检修完毕，机组启动运行后不到半年，低旁阀的内漏严重的问题再次出现。
　　4 低旁阀的优化改造
      　针对上述引起低旁阀内漏的主要原因，设计测算对阀芯和阀座密封面进行了重新设计改造，将阀芯和阀座升级为防冲蚀结构但不影响阀门的基本流量特性。防冲蚀密封结构的实质是改变阀芯密封面与气流方向的相对位置。
　　原阀芯密封面与阀门中心线呈30°角，密封面正对笼罩上的开孔，蒸汽流以与密封面成60°的夹角冲击密封面，对密封面造成损伤，但是我们发现与气流方向平行的阀芯底部平面丝毫未受损伤。
　　将密封面做成与气流方向平行，密封面也就不会被冲蚀，而为了提高安全系数，将密封面设计成向内倾斜一个角度，在阀门开度较小的时候，使湿蒸汽流经过阀笼和阀芯的间隙折一次方向，再经过阀芯底部再次折向，可以有效降低蒸汽的瞬间流速，配合阀芯密封面的改动，阀座密封面改成往外凸出。改造后阀门仍保持线密封或狭窄的面密封如图2所示：
　　改造前后阀芯受高速气流冲蚀状态对比如图3所示：左图为改造前的结构，阀芯密封面刚好为迎流面，蒸汽流直接冲到阀芯密封面上，可造成密封面的直接冲蚀；右图为改造后的结构，由于密封面不再是迎流面，而是向内倾斜，气流不会直接冲蚀密封面。
　　5 改造后低旁阀的特点
　　（1）改造需要更换新的阀芯/阀杆组件以及新的阀座或者在原阀芯/阀杆组件上做结构修改，阀门密封件尺寸维持不变，但重新组装阀门时需要更换新密封件；（2）阀门笼罩维持不变，无需进行更换；（3）阀门的行程维持不变，阀芯和阀座上的堆焊层以及表面硬化处理均维持不变；（4）结构的紧凑性。新的密封面结构虽然比原结构占据了较大的空间，在设计上仍较好地保持了结构的紧凑性；（5）阀座喉径尺寸缩小量控制在原设计的裕度范围内。阀座喉径作为阀门的重要尺寸，其大小直接影响阀门总的流通能力，过度缩小还会引发其他问题，如高频震动、噪声等；（6）改造设计阀座喉径只缩小约5mm，通常阀门设计会留有10%的裕度，阀门的总流通能力几乎不受到影响，蒸汽的流速略有上升，但仍在允许范围内，不会引发震动或噪音问题。
　　NBSE60-500-2低旁阀原阀座喉径为279mm，改造后喉径为274mm，其流通面积缩小3.5%。如果按缩小25mm计算，流通面积将缩小17.1%。同样流量的情况下，流速与流通面积成反比。阀门厂家的设计含有10%的裕度，喉径缩小5mm仍在裕度范围内，而缩小25mm则超过了阀门的设计裕度。
　　6 关于密封面的角度问题
　　（1）为了更好地保护密封面免受汽流得冲蚀，密封面设计成以一个小角度向内倾斜；（2）在满足强度要求的前提下尽可能做到结构紧凑。阀门在关闭时阀芯对阀座作用了一个向下的推力（关闭力），阀芯密封面角度越平坦，其产生的径向分力越小，反之则越大。为了满足强度需要，径向分力越大，阀座的宽度也必须越大，结构就不再紧凑；（3）密封面越是平坦对阀门安装时的同心度要求越低，这对于所有阀门来说都是有利的，因为阀内件对中不佳往往也是引起阀门泄漏的一个重要原因，这对于水平安装的阀门来说尤其有利，因为水平安装的阀门由于受到重力作用，其阀内件的对中会受到较大影响。
　　经上述方案改造后，低压旁路阀可以避免汽流对阀芯密封面的直接冲蚀，从而避免阀芯密封面的初始损伤，可以极大地提高阀门密封的耐用周期。
　　7 结语
　　某电厂对于1000MW超超临界机组低压旁路阀内漏问题的优化改造特别重视，经过不断的探索和实践，低旁阀的改造工作已经取得了较大的成功，目前该电厂的#4机组低压旁路阀内漏问题已经彻底得到解决。此技改对国内1000MW超超临界机组中低压旁路阀内漏优化治理工作，具有一定的借鉴和参考价值。
　　参考文献
　　[1] 高、低压汽机旁路控制阀操作、维护手册[S].
　　[2] 上海汽轮机厂.1000MW超超临界机组65%低压旁路系统功能描述[S].
　　[3] 哈尔滨汽轮机厂.1000MW超超临界机组高、低压汽机旁路[S].