高加聯(lián)成閥故障分析與處理

韓立爭

（中國成達(dá)工程有限公司 成都）

一、概述

印尼某2×65 MW燃煤電站項(xiàng)目Ⅱ期工程，每套機(jī)組設(shè)有1#、2#高壓加熱器（以下簡稱高加）。2#高加給水進(jìn)口設(shè)有聯(lián)成閥，型號J761Y-200，自機(jī)組調(diào)試、運(yùn)行以來，該閥在高加投入時(shí)，總需借助外力打開而無法自動開啟。開啟后，會自動緩慢關(guān)閉，即在非事故狀態(tài)下將高加自動解列，如此長期運(yùn)行將對機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不利影響。

二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

從結(jié)構(gòu)上來講，高加進(jìn)口閥與旁路閥位于同一殼體內(nèi)，共用1只閥芯，二者合并一起稱為“高加聯(lián)成閥”，為直通式、外置活塞式結(jié)構(gòu)，帶手輪強(qiáng)制關(guān)閉。給水從閥座上方一側(cè)進(jìn)入，從另一側(cè)進(jìn)入高加系統(tǒng)，閥上部設(shè)有兩個旁路接口與位于高加系統(tǒng)出口的止回閥旁路接口相連通。高加聯(lián)成閥設(shè)有上、下兩個密封面，當(dāng)高加系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，閥門開啟，閥瓣上浮至與上密封面完全接觸；當(dāng)任一高加發(fā)生故障時(shí)，通過高加水位監(jiān)測信號觸發(fā)快速啟閉閥（一般為電磁閥）開啟動作指令，凝結(jié)水進(jìn)入高加聯(lián)成閥活塞上部水室，壓力作用使閥瓣下落至下密封面，閥門實(shí)現(xiàn)自動關(guān)閉，高加自動解列，此時(shí)給水通過兩旁路彎管經(jīng)出口止回閥直接進(jìn)入鍋爐省煤器?？梢?，高加聯(lián)成閥對保護(hù)高加設(shè)備乃至整個機(jī)組的安全運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。

從動作機(jī)理上講，高加聯(lián)成閥的開啟與關(guān)閉是通過給水或凝結(jié)水的壓力來自動實(shí)現(xiàn)，因此又稱為“水控閥”。高加聯(lián)成閥剖面圖及各管口見圖1。

三、分析與處理

1.無法自動開啟

2臺高加聯(lián)成閥在投入高加時(shí)均無法通過給水自動開啟，通過分析其作用機(jī)理找到原因所在。當(dāng)投入高加時(shí)，鍋爐給水先充滿高加聯(lián)成閥進(jìn)口側(cè)，此時(shí)開啟注水閥向出口側(cè)管路系統(tǒng)注水，當(dāng)出口側(cè)水壓接近或達(dá)到給水壓力時(shí)，由于面積差使作用在閥瓣上、下表面的力不同，閥瓣上移至上密封面，主路開啟，旁路通道關(guān)閉。

現(xiàn)場實(shí)際檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，高加聯(lián)成閥及進(jìn)、出口管路系統(tǒng)均包裹在保溫材料內(nèi)，從外部看不到注水閥。揭開保溫后，發(fā)現(xiàn)根本沒有安裝注水閥及管路，只有廠家預(yù)留在閥體進(jìn)、出口側(cè)的接口?，F(xiàn)場將注水閥安裝后，啟動鍋爐給水泵，打開注水閥，閥瓣緩慢升起直至上密封面，關(guān)閉注水閥。高加聯(lián)成閥無法自動開啟的問題已經(jīng)解決。

圖1 高加聯(lián)成閥剖面及管口圖

2.非事故狀態(tài)自動關(guān)閉

根據(jù)事故狀態(tài)下的作用機(jī)理，對高加聯(lián)成閥自動關(guān)閉做受力分析，閥瓣初始位置為上密封面且接觸密實(shí)。根據(jù)閥兩端受力情況可計(jì)算相關(guān)受力 F1=F2；F1=P1S1；F2=P2S2，式中F為某一壓力下，作用在有效受力面積S上的力；P1為給水壓力，S1為閥瓣下表面有效受力面積；P2為活塞上水室壓力，S2為活塞上表面受力面積。

當(dāng)F2＞F1，且足以克服活塞與缸體、閥桿與襯套、填料之間摩擦力時(shí)，閥門將在壓力差作用下關(guān)閉。由于S1、S2為加工尺寸，已經(jīng)定型，因此現(xiàn)場首先從P1、P2開始分析原因。

為了保證在事故狀態(tài)下，高加聯(lián)成閥能及時(shí)動作，控制閥門關(guān)閉的凝結(jié)水控制系統(tǒng)一般按如圖2方案設(shè)置。

結(jié)合高加聯(lián)成閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與凝結(jié)水控制系統(tǒng)的設(shè)置方案分析，引起F2＞F1，即閥門自動緩慢關(guān)閉的原因有：凝結(jié)水控制系統(tǒng)中某些閥門內(nèi)漏，導(dǎo)致活塞上水室壓力無法通過泄壓孔及時(shí)卸掉而推動活塞下移，閥門關(guān)閉；節(jié)流孔板間隙過大或活塞上的泄壓孔堵塞；閥進(jìn)、出口給水壓差過大，引發(fā)閥芯自動回落。

（1）非事故狀態(tài)下，電磁閥1、電磁閥2與手動閥5均為關(guān)閉狀態(tài)，其余閥門為打開狀態(tài)。通過直徑1.5 mm的節(jié)流孔板，活塞上方水室內(nèi)有一股連續(xù)的細(xì)流經(jīng)過。經(jīng)檢查排放管，有水流連續(xù)流出，說明活塞上的泄壓孔沒有堵塞，但不能排除局部堵塞。

圖2 高加聯(lián)成閥凝結(jié)水控制系統(tǒng)

（2）保持各閥門在非事故狀態(tài)下的啟閉狀態(tài)，將節(jié)流孔板用盲板封住，再次檢查排放管，基本沒有水流出，說明閥門沒有內(nèi)漏問題。

（3）經(jīng)與廠家確認(rèn)，節(jié)流孔板的孔徑要求1.5 mm，現(xiàn)場實(shí)測直徑1.5 mm。廠家要求活塞上泄壓孔的孔徑為4 mm，而檢查泄壓孔孔徑需解體閥門，廠家說明書明確要求“該系列閥門嚴(yán)禁解體！”。因現(xiàn)場無廠家代表，為了盡量避免將問題復(fù)雜化，決定暫不對閥門解體。經(jīng)研究后，認(rèn)為廠家對節(jié)流孔板的孔徑要求只是一個范圍值，直徑1.5 mm的孔徑偏大的可能性較大。另外，因調(diào)試初期凝結(jié)水內(nèi)含有雜質(zhì)、顆粒而局部堵塞泄壓孔引發(fā)泄放不及時(shí)的可能性也存在。因此，將節(jié)流孔板孔徑減小到1.2 mm，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)高加聯(lián)成閥自動關(guān)閉的時(shí)間延長，遂對孔徑繼續(xù)減小。當(dāng)孔徑為0.8 mm時(shí)，高加聯(lián)成閥再未出現(xiàn)非事故狀態(tài)自動關(guān)閉的情況。同時(shí)現(xiàn)場模擬事故狀態(tài)，電磁閥動作后，高加聯(lián)成閥自動關(guān)閉時(shí)間＜20 s，滿足高加自動解列的要求。

四、結(jié)論

（1）通過對高加聯(lián)成閥在非事故狀態(tài)與事故狀態(tài)下作用機(jī)理的分析，成功解決了高加聯(lián)成閥無法自動開啟和開啟后自動緩慢關(guān)閉的問題。

（2）高加聯(lián)成閥無法自動開啟系因?yàn)楝F(xiàn)場施工、安裝期間，未按照廠家要求安裝注水閥。究其原因，因管徑小，設(shè)計(jì)院提供的供現(xiàn)場施工、安裝圖紙內(nèi)沒有明確設(shè)計(jì)注水閥管線。如要求閥門廠家單獨(dú)提供個別管路的圖紙亦不現(xiàn)實(shí)。因此，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該明確分工，最終提交給施工方的必須是完整的施工、安裝圖紙。

（3）在非事故狀態(tài)下，高加聯(lián)成閥自動緩慢關(guān)閉的問題得到了成功解決，但由于未對閥門解體，究竟是泄壓孔設(shè)計(jì)孔徑偏小、局部堵塞，還是節(jié)流孔板孔徑偏大的緣故未得到最終確認(rèn)。

（4）本項(xiàng)目中高加聯(lián)成閥屬外置活塞式結(jié)構(gòu)，一般情況下適用于亞臨界及以下機(jī)組。超（超）臨界機(jī)組工作壓力高，最高可達(dá)39 MPa，閥門關(guān)閉所需的推力大，同時(shí)需兼顧關(guān)閉時(shí)間，如仍采用外置式結(jié)構(gòu)，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)將會很大。因此，超（超）臨界機(jī)組多采用內(nèi)置高壓活塞驅(qū)動方式。另外，國內(nèi)外一些大型火電站也開始采用電動三通閥作為高加保護(hù)閥，但其關(guān)閉速度比液動型慢。