某燃機(jī)電廠高旁閥內(nèi)漏故障分析及處理

吳靜沛，朱偉雄

（杭州華電半山發(fā)電有限公司，浙江 杭州310015）

引言

某燃機(jī)電廠一期現(xiàn)有三套STAG 109FA 單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，單臺(tái)機(jī)組額定功率390MW，由PG9351FA 型燃?xì)廨啓C(jī)、D10 型三壓再熱系統(tǒng)的雙缸雙流式汽輪機(jī)、390H 型氫冷發(fā)電機(jī)和三壓再熱帶冷凝器除氧的自然循環(huán)余熱鍋爐組成。其高壓蒸汽管道及旁路系統(tǒng)中的高壓旁路調(diào)節(jié)閥采用國(guó)外CCI BTG 制造的VLB125-BTC 型氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。目前三臺(tái)機(jī)組已運(yùn)行15 年，近年來(lái)在機(jī)組/閥門(mén)檢修后，高壓旁路調(diào)節(jié)閥均在一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了嚴(yán)重內(nèi)漏情況，閥門(mén)解體后發(fā)現(xiàn)閥芯在啟停若干次后就出現(xiàn)吹損沖刷情況，且由于閥座經(jīng)多次研磨后，堆焊層大部研磨減薄。高旁閥內(nèi)漏嚴(yán)重影響機(jī)組的熱效率[1]、增加了發(fā)電能耗；內(nèi)漏還會(huì)導(dǎo)致其閥后管道溫度一直超標(biāo)，給管道的正常運(yùn)行帶來(lái)一定的安全隱患；同時(shí)由于閥門(mén)維修周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，給機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)不利影響。為解決該問(wèn)題，通過(guò)多方考察研究，最終決定對(duì)高壓旁路閥的閥芯、閥座改造和更換。

1 閥門(mén)內(nèi)漏原因分析

高旁閥是汽輪機(jī)高壓旁路系統(tǒng)中最重要的構(gòu)成部分，高旁閥由于其工作特點(diǎn)，極易發(fā)生振動(dòng)、內(nèi)漏等故障缺陷[2-4]，參照類似故障產(chǎn)生的原因，針對(duì)本文提到的高旁閥內(nèi)漏故障，從以下幾個(gè)方面對(duì)該缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

1.1 運(yùn)行工況分析

機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)余熱鍋爐的高壓過(guò)熱蒸汽壓力值達(dá)到底線壓力3.9MPa 時(shí)，高旁閥開(kāi)始以底線壓力為標(biāo)的值的旁路壓力控制，將多余的高溫蒸汽經(jīng)減溫后排向凝汽器。隨著高壓主汽控制閥逐漸打開(kāi)，高壓蒸汽流入汽機(jī)，高旁閥關(guān)閉。在其后的正常運(yùn)行過(guò)程中，高旁閥一直關(guān)閉，閥前為高壓主蒸汽的溫度/壓力參數(shù)（574.9℃/10.4MPa），閥前閥后有較大的溫度/壓力差值，閥門(mén)工作工況較為惡劣。

1.2 運(yùn)行方式分析

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組由于啟停速度快、能源利用率高、調(diào)峰能力強(qiáng)等特點(diǎn)，非常適合于電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)度。2016 年度，#3 機(jī)組共點(diǎn)火啟動(dòng)高達(dá)178 次，涵蓋冷態(tài)、溫態(tài)及熱態(tài)啟動(dòng)。高旁閥在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，主汽管道內(nèi)蒸汽帶水，有大量高速濕蒸汽沖刷在閥芯上，當(dāng)蒸汽中夾帶部分水珠或異物時(shí)，對(duì)閥芯沖刷非常大，往往啟機(jī)一次就已經(jīng)將閥門(mén)密封線沖刷損壞。在閥門(mén)關(guān)閉前，由于水滴或異物的高速?zèng)_擊，已經(jīng)導(dǎo)致了高旁閥密封線的損壞，造成內(nèi)漏，這也是導(dǎo)致高旁閥內(nèi)漏最主要的原因。

1.3 結(jié)構(gòu)分析

高旁閥芯未采用足夠保護(hù)方式，導(dǎo)致濕蒸汽或異物直接沖刷在閥芯上，并且其閥籠開(kāi)口排列方式設(shè)計(jì)不夠合理，進(jìn)而閥芯容易受到吹損，尤其閥門(mén)開(kāi)度在25%以內(nèi)的沖蝕痕跡非常明顯。同時(shí)閥門(mén)采用預(yù)啟閥結(jié)構(gòu)，但是并不帶有蝶形彈簧，閥門(mén)定心位置較差，盡管預(yù)啟閥通流面積較小，但是在小閥芯研磨不好的情況下仍會(huì)產(chǎn)生泄漏。

圖1 閥芯密封面結(jié)構(gòu)升級(jí)改造前后對(duì)比

圖2 升級(jí)后的調(diào)節(jié)閥閥芯（左）、閥座（右）

2 改型方案

2.1 閥芯升級(jí)改造

原有結(jié)構(gòu)濕蒸汽在閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中沖刷密封面，閥門(mén)密封性能破壞，為提高閥芯的抗沖刷能力，閥芯參考一種防止密封面沖刷結(jié)構(gòu)[5]，在外部加增保護(hù)套，改型后濕蒸汽通過(guò)孔板后沖刷在保護(hù)套上，避免閥門(mén)濕蒸汽直接沖刷在閥芯，有效保護(hù)了閥芯。升級(jí)改造前后的閥芯密封面結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1 所示，升級(jí)完成后的閥芯閥座詳見(jiàn)圖2。

改進(jìn)閥芯采用先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)，閥門(mén)在開(kāi)關(guān)過(guò)程中將先導(dǎo)閥打開(kāi)，閥芯上裝有彈簧，從而使閥門(mén)通過(guò)平衡孔保證閥芯上下腔壓力平衡，閥門(mén)啟閉力量小，在閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，閥芯在執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力作用下，克服彈簧頂力，預(yù)啟閥密封面與閥芯密封面貼合，關(guān)閉了平衡孔通道，從而使平衡孔不產(chǎn)生泄漏，其剖面圖見(jiàn)圖3 所示。

2.2 閥座升級(jí)改造

閥門(mén)閥座為具有退讓槽的特殊設(shè)計(jì)，保證保護(hù)套不會(huì)影響閥門(mén)凡爾線閉合。閥座采用F91 基體堆焊司太立硬質(zhì)合金，并保證閥座硬度高于閥芯硬度。

3 實(shí)施效果

2017 年初按照上述方案對(duì)#3 機(jī)高旁閥進(jìn)行升級(jí)改造，切割去除原有閥座，更換升級(jí)后的閥芯，焊接新的閥座。修理后經(jīng)過(guò)10 次啟停機(jī)，監(jiān)測(cè)顯示閥后溫度狀態(tài)正常，全年#3 機(jī)共點(diǎn)火啟動(dòng)94 次，從未發(fā)生內(nèi)漏問(wèn)題。為此，在2017 年#2 機(jī)組A 修期間增加了#2 機(jī)高旁閥升級(jí)改造項(xiàng)目，同樣獲得了良好的效果。截止目前為止，在機(jī)組啟停頻繁的情況下未發(fā)生原來(lái)的問(wèn)題，#2、#3 機(jī)組啟停次數(shù)見(jiàn)圖4。

圖3 升級(jí)后閥芯剖面圖

圖4 #2、#3 機(jī)組啟動(dòng)次數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）改型后的閥芯采用保護(hù)套的方式避免了濕蒸汽直接沖刷在閥芯上，極大提高了閥芯的使用壽命，延長(zhǎng)了檢修周期，提高了機(jī)組熱效率。

（2）鑒于目前燃機(jī)運(yùn)行方式導(dǎo)致的機(jī)組點(diǎn)火啟動(dòng)次數(shù)頻繁，對(duì)公司剩下的其他機(jī)組高壓蒸汽旁路壓力調(diào)節(jié)閥相繼進(jìn)行升級(jí)改造。