ZJY46H型減壓閥在高水頭電站技術(shù)供水應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)

周 剛，張殿祥

（天生橋水力發(fā)電總廠，貴州 興義 562400）

0 概述

天生橋二級(jí)電站位于廣西隆林縣與貴州安龍縣交界處的南盤江上，總裝機(jī)6×220 MW，首臺(tái)機(jī)組于1992年12月投運(yùn)，1994年末一期4臺(tái)機(jī)組全部投運(yùn)，2000年二期2臺(tái)機(jī)組全部投運(yùn)。電站技術(shù)供水系統(tǒng)采用單元供水方式，即兩臺(tái)機(jī)組為一單元，電站初期運(yùn)行技術(shù)供水主供水采用水泵供水，一單元有兩臺(tái)工作泵，一臺(tái)備用泵，水泵運(yùn)行方式設(shè)計(jì)為循環(huán)備用，壓力鋼管減壓供水作為備用供水。在天生橋一級(jí)電站水庫(kù)投運(yùn)后，采用壓力鋼管減壓供水作為機(jī)組技術(shù)供水主供水，每臺(tái)機(jī)組壓力鋼管上設(shè)有一個(gè)取水口，各自經(jīng)減壓后接入供水聯(lián)絡(luò)管。但由于電站投運(yùn)初期由于河流內(nèi)泥沙含量較大，導(dǎo)致水泵軸套、密封頻繁損壞，故障率較高，因此在1994年將技術(shù)供水主供水改為壓力鋼管減壓供水，水泵供水為備用供水。

1 電站相關(guān)參數(shù)

機(jī)組型式：立軸單輪混流式；最高水頭：204 m；額定水頭：176 m；最低水頭：174 m；加權(quán)平均水頭：185 m；額定水頭下的流量：139.8 m3/s；額定轉(zhuǎn)速：200 r/min；飛逸轉(zhuǎn)速：363 r/min；機(jī)組技術(shù)供水方式：自流減壓（主供水）、水泵（備用水）；單機(jī)技術(shù)供水流量：1300 m3/h；單機(jī)供水壓力：0.7 MPa（主機(jī)）。

2 機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

技術(shù)供水系統(tǒng)如圖1所示，電廠機(jī)組技術(shù)供水為2套裝置，主供水為自流減壓；備用為水泵供水。圖1中虛線以上部分為自流減壓供水系統(tǒng);虛線以下部分為水泵供水系統(tǒng)。3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)機(jī)技術(shù)供水系統(tǒng)與1號(hào)、2號(hào)機(jī)基本相同。

如圖1所示，由S101-S201 DN300閘閥自電動(dòng)閥分別自壓力鋼管取水，過(guò)電動(dòng)閥S102、S202后分別經(jīng)1號(hào)機(jī)減壓閥和2號(hào)機(jī)減壓閥，減壓后匯到供水總管，再經(jīng)濾水器分別供至1號(hào)、2號(hào)機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)。

圖1 技術(shù)供水系統(tǒng)

在S101和S102之間聯(lián)接1號(hào)制冷減壓閥供廠房空調(diào)用水；在減壓閥出口裝有安全泄壓閥。S102和S202是DN300電動(dòng)閘閥，控制機(jī)組供水減壓閥的啟閉?？偣苌系腟D001是其它機(jī)組供水系統(tǒng)的隔離閥，便于各供水系統(tǒng)之間的相互切換。

減壓閥的出口壓力整定值為0.7 MPa，再由機(jī)組各用用戶閥調(diào)至所需的壓力。

2.1 機(jī)組設(shè)備供水量（表1）

表1 設(shè)備設(shè)計(jì)供水量

2.2 機(jī)組主用技術(shù)供水更改原因

電廠常年水頭約200 m,就經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度出發(fā)，以水泵作為主供水更為合算。原設(shè)計(jì)就是以水泵供水為主供水。但因泥沙磨損、水泵故障、停機(jī)維修等方面的原因，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用高；同時(shí)，因故障停機(jī)維修，導(dǎo)致了電網(wǎng)供電不正常，而且，維修維護(hù)工作量大。故于1994年改為自流減壓供水為機(jī)組主供水。

3 減壓系統(tǒng)穩(wěn)壓閥應(yīng)用簡(jiǎn)介

天生橋二級(jí)電站使用的ZJY46H-25Q型自流減壓系統(tǒng)減壓穩(wěn)壓閥共13臺(tái)。其中：ZJY46H-25Q/ⅤDN300×6臺(tái)用于主機(jī)供水，出口壓力可調(diào)節(jié)值為0.3～0.9 MPa，整定值為 0.7 MPa；ZJY46H-25Q/ⅤDN250×2臺(tái)用于廠房空調(diào)供水，出口壓力可調(diào)節(jié)值為0.3～0.9 MPa，整定值為0.4MPa；ZJY46H-25Q/ⅤDN150×2臺(tái)用于廠房生活用水，出口壓力可調(diào)節(jié)值為0.3～0.6 MPa，整定值為0.3 MPa；ZJY46H-25Q/ⅤDN100×3臺(tái)用于家屬區(qū)生活用水，出口壓力可調(diào)節(jié)值為0.3～0.6 MPa，整定值為0.35 MPa。

4 機(jī)組自流減壓技術(shù)供水運(yùn)行過(guò)程

天生橋二級(jí)電站于建站初期使用的減壓閥，為1994年3月安裝的德國(guó)進(jìn)口Y43H-25C DN300的先導(dǎo)活塞式減壓閥，因試運(yùn)行時(shí)噪聲、振動(dòng)、出口壓力波動(dòng)等原因不能滿足運(yùn)行要求而停止運(yùn)行；1996年1月安裝ZJY46H-25Q DN300減壓閥，調(diào)試后滿足運(yùn)行要求投入機(jī)組運(yùn)行；1996年7月，解體檢修ZJY46H-25Q減壓閥時(shí)，因發(fā)現(xiàn)ZJY46H-25Q減壓閥的組合式節(jié)流錐嚴(yán)重磨損而停運(yùn)，8月改用廠家改進(jìn)的抗蝕型堆焊鎳基合金的整體節(jié)流錐后繼續(xù)投運(yùn)；1997年ZJY46H-25Q減壓閥改裝為安全性、可靠性更高的可反沖排污雙反饋系統(tǒng)和出口壓力安全鎖定系統(tǒng)；1999年在電廠旁的中山包電站改用國(guó)外某品牌膜片差壓式減壓閥試運(yùn)行，因膜片擊穿而停用國(guó)外某品牌膜片差壓式減壓閥，恢復(fù)使用ZJY46H-25Q型減壓閥運(yùn)行；2005年，ZJY46H-25Q減壓閥控制系統(tǒng)控制先導(dǎo)閥改為廠家提供的新型活塞式先導(dǎo)閥，安全運(yùn)行至今。

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

天生橋發(fā)電總廠機(jī)組自流減壓技術(shù)供水系統(tǒng)自1996年始，安全運(yùn)行至今，我們主要做以下幾點(diǎn)工作：①系統(tǒng)減壓閥合理地選型；②及時(shí)地與制造商作相關(guān)技術(shù)的互動(dòng)；③供水重點(diǎn)部位的重點(diǎn)巡檢；④做好減壓閥定期的維護(hù)保養(yǎng)工作。

5.1 系統(tǒng)減壓閥合理的選型

高水頭電站機(jī)組的自流減壓供水系統(tǒng)關(guān)鍵在于減壓閥的可靠與穩(wěn)定性。因此，針對(duì)以前的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和結(jié)合電廠的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，我們?cè)跍p壓閥的選型上做了整體結(jié)構(gòu)、流量特性和壓力特性的工作。

（1）整體結(jié)構(gòu)的選型

ZJY46H型減壓閥的結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 ZJY46H型減壓閥結(jié)構(gòu)

減壓閥由主閥和反饋控制系統(tǒng)組成，主閥上設(shè)有安全鎖定裝置，限制了最高出口壓力，以防止減壓閥在故障時(shí)的出口壓力出現(xiàn)危害性的高壓；兩套互為備用的反饋系統(tǒng)以保證反饋控制系統(tǒng)的正常工作；反饋控制系統(tǒng)的先導(dǎo)閥是活塞式結(jié)構(gòu)，并能在運(yùn)行工況下反沖排污，排除了控制先導(dǎo)閥被雜質(zhì)卡阻的可能性；反饋系統(tǒng)的連接管為DN20的不銹鋼管，剛性好。

主閥和反饋控制系統(tǒng)相對(duì)分離；雙反饋控制系統(tǒng)互為備用；出口壓力安全鎖定裝置成為了減壓閥安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行及維護(hù)方便的基礎(chǔ)。

（2）ZJY46H型減壓閥的流量特性和壓力特性的適應(yīng)性

《GB12244-2006減壓閥一般要求》規(guī)定了減壓閥在進(jìn)口壓力和流量變化的工況下，整定的出口壓力值不變。天生橋發(fā)電總廠減壓閥前壓力變化值為2.05～1.76MPa，機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)閥前最高壓力為2.7MPa。由于是兩臺(tái)機(jī)組為一單元的供水方式，要求減壓閥達(dá)到單臺(tái)流量能夠滿足兩臺(tái)機(jī)組供水要求。所以對(duì)減壓閥要求高。減壓閥的自力調(diào)節(jié)工作原理如圖3所示：

圖3 減壓閥工作原理

P1為減壓閥的進(jìn)口壓力；P2為減壓閥出口壓力；Pt為減壓閥主閥的彈簧壓力；Pk為減壓閥主閥的壓力調(diào)節(jié)腔壓力；Pt′為反饋系統(tǒng)控制閥彈簧壓力；Pk′為反饋系統(tǒng)控制閥壓力調(diào)節(jié)腔壓力；h為減壓閥閥座和節(jié)流錐的開(kāi)啟高度（相當(dāng)于主閥的過(guò)流面積）。

減壓閥正常工況時(shí)，Pt=Pk，在控制閥Pt′=Pk′。此時(shí)、主閥和控制閥的閥座與節(jié)流錐開(kāi)啟高度h是一個(gè)定值（即過(guò)流面積一定過(guò)流量一定）。因此，減壓閥出口壓力相對(duì)是一個(gè)低壓值P2。

當(dāng)P1上升時(shí)，減壓閥的P2+ΔP2首先表現(xiàn)為上升，其值通過(guò)反饋系統(tǒng)出口管傳到控制閥，使Pt′+ΔPt′，ΔPt′與Pk′的力達(dá)到新的平衡，控制閥h減小；相應(yīng)ΔPk′壓力增大，經(jīng)壓力導(dǎo)管，使主閥的Pk+ΔPk，Pt=Pk+ΔPk壓力達(dá)到新的平衡，主閥h減小、ΔP2值恢復(fù)為原P2值。當(dāng)進(jìn)口壓力P1下降時(shí)，主閥與控制閥的工況則與上述的工況相反。

當(dāng)出口流量Q增大時(shí)，減壓閥的工況相當(dāng)于P1下降時(shí)的工況。當(dāng)出口流量Q減小時(shí)，減壓閥的工況相當(dāng)于P1上升時(shí)的工況。

從減壓閥的過(guò)流方式分析：水流沿節(jié)流錐流向出口，有效地減少了紊流現(xiàn)象，有利于P2的穩(wěn)定性和低噪聲。如圖4所示。

圖4 減壓閥水流

從減壓閥的流量特性看：當(dāng)機(jī)組供水量為1 300 m3/h時(shí)，減壓閥節(jié)流錐行程H為20 mm(最大為50 mm),只使用了最大流量的2/5，滿足電廠單臺(tái)減壓閥供兩臺(tái)機(jī)的要求。在單調(diào)節(jié)1號(hào)機(jī)組減壓閥時(shí)，將S0115R的開(kāi)度從50%至100%進(jìn)行調(diào)節(jié)（流量變化），P2值變化值為 0.7～0.65MPa，誤差 0.05MPa，滿足《GB12245-2006減壓閥性能試驗(yàn)方法》誤差不大于10%的要求。

從減壓閥的壓力特性看：在單調(diào)節(jié)1號(hào)機(jī)組減壓閥時(shí)，進(jìn)口壓力為2.0 MPa。P2值整定為0.7 MPa，手動(dòng)調(diào)節(jié)S102的開(kāi)度，使進(jìn)口壓力在1.5～2.0 MPa變化。P2值變化值為0.7～0.68 MPa，誤差0.02 MPa。滿足《GB12245-2006減壓閥性能試驗(yàn)方法》誤差不大于5%的要求。

因此，ZJY46H型減壓閥的綜合技術(shù)參數(shù)滿足電廠運(yùn)行要求。

5.2 及時(shí)與制造商作相關(guān)技術(shù)的互動(dòng)，促使制造商不斷改進(jìn)減壓閥運(yùn)行中的缺陷

1996年1 月，第一臺(tái)ZJY46H-25Q DN300減壓閥在電廠1號(hào)機(jī)組運(yùn)行，至6月，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)減壓閥出口壓力不穩(wěn)定，打開(kāi)檢查，橡膠組合式節(jié)流錐過(guò)流面出現(xiàn)約10%綜合性氣蝕和磨蝕現(xiàn)象。我們及時(shí)將此現(xiàn)象反饋給制造商。制造商針對(duì)這一問(wèn)題提出了整體節(jié)流錐堆焊鎳基合金的方案，電廠同意后應(yīng)用。使用期從6個(gè)月提高到10年。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)電廠的具體工況，促使制造商將減壓閥單一的減壓穩(wěn)壓改進(jìn)成為雙反饋可反沖排污控制系統(tǒng)和出口壓力安全鎖定和抗蝕性能良好的減壓閥。保證了機(jī)組自流減壓供水系統(tǒng)的可靠、安全性。

6 結(jié)束語(yǔ)

膜片差壓式減壓閥由于存在橡膠膜片易老化，膜片的強(qiáng)度不夠，在管道水錘出現(xiàn)時(shí)容易擊穿等缺陷，通過(guò)天生橋二級(jí)電站使用ZJY46H減壓閥后的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，ZJY46H減壓閥能有效地避免膜片差壓式減壓閥存在的缺陷重復(fù)發(fā)生，閥門在性能的穩(wěn)定性、安全性、使用壽命、防泥沙能力及檢修維護(hù)等方面都具有良好的優(yōu)越性，實(shí)踐證明，該閥門在天生橋二級(jí)電站的應(yīng)用是非常成功的。