崔志勇 曲永刚 郝福虎 田锐 安慧伟 李天奇 哈斯 陈继民 王海涛 韩小宽 (1.达拉特发电厂 内蒙古鄂尔多斯；2.河南谨希流体设备有限公司 河南开封；3.临河发电厂 内蒙古巴彦淖尔；4.国华沧东电厂)
摘要：高旁减压阀是大型再热式汽轮机组旁路系统中必不可少的重要核心设备。其作用是：使高温高压蒸汽先降压再降温，保护锅炉再热器不干烧，加快机组启动时间、改善启动条件；在锅炉点火后汽轮机冲转前，或者汽轮机跳闸时，将主蒸汽引至汽轮机高压缸的后面，使锅炉再热器有一定的蒸汽流量，避免烧坏，从而起到保护作用。在机组正常运行中，高旁减压阀要求关闭严密，但现实生产中许多都存在内漏现象，部分蒸汽未进入汽轮机高压缸内做功而漏入到再热器内，还需投入大量减温水降温，造成工质浪费，影响机组效率，增加煤耗。针对上述缺陷，华能北方达拉特发电厂#7机组汽轮机高旁减压阀，采用增加预启阀加反角密封组合结构的方法，彻底解决了高旁减压阀内漏蒸汽的问题，经实际生产证实，改造后的高旁减压阀关闭严密，密封效果良好。
关键词：高旁减压阀；内漏；密封结构；研制；经济性
1 概述
大型再热式汽轮机组热力系统中均设有旁路系统，如图1所示，是为了适应机组启停、事故情况下的一种调节和保护系统。其中，高旁减压阀作为高压旁路的核心部件成为必不可少的重要设备，其作用使高温高压蒸汽先降压再降温，保护锅炉再热器不干烧，加快机组启动时间、改善启动条件、回收工质、降低噪音。在锅炉点火后汽轮机冲转前，或者汽轮机跳闸时，将主蒸汽引至汽轮机高压缸的后面，使锅炉再热器有一定的蒸汽流量，避免烧坏，从而起到保护作用。并且，能够适应机组定压和滑压运行要求，平衡锅炉的产汽量和汽轮机的耗汽量，稳定锅炉和汽轮机的运行，具有启动和溢流等安全调节功能。随着许多机组重复出现高旁减压阀内漏而影响机组安全、经济运行的事件，有必要对该阀门的密封结构进行改进。
本文就华能北方达拉特发电厂#7机组汽轮机高旁减压阀密封结构研制改造方法作简单介绍。
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图1 高旁减压阀所在汽轮机组热力系统中位置示意图
2 设备简介
达拉特发电厂#7机组为600MW亚临界中间再热式机组，配套高旁减压阀开关动作由气动执行机构驱动，阀门本体内部结构属于一种带有平衡孔的笼式柱塞减压平衡式调节阀，目前许多汽轮机组高旁减压阀都采用了这种形式，这种高旁减压阀的结构主要包括阀门本体、气动执行机构和相关控制元件三部分，阀门本体内部结构主要由阀芯、阀座、阀笼和相应的辅助密封件组成，密封方式原理主要是阀芯与阀座贴合密封为主、阀芯与阀笼圆周面侧密封为辅。高旁减压阀结构如图2所示。
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图2 高旁减压阀结构示意图
3 高旁减压阀内漏的原因及危害分析
3.1 内漏的原因
从高旁减压阀内部结构和原理可看出，高旁阀的关闭严密性与阀芯与阀座贴合的密封质量、及阀芯与阀笼圆周面侧密封的密封效果有关，这两道密封质量完好则阀门关闭严密无内漏。但在机组启停中，阀芯密封面作为主要迎流面，由于蒸汽中会夹杂杂质等颗粒物，在高速汽流推动下直接冲击和汽蚀阀芯与阀座密封面，在阀芯关闭过程中也会夹在两密封面之间，造成硌伤和冲蚀损伤，如图3所示；另外，在汽流作用下，这些杂质等颗粒物卡涩在阀芯与阀笼之间的圆周面内，随着阀芯上下运动拉伤圆周面进而破坏圆周侧密封（石墨垫片），造成蒸汽进入阀芯上部，再通过八个平衡孔进入阀芯下部，从而使阀后产生泄漏，造成关闭不严密内漏问题。
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图3 阀芯密封面冲蚀示意图
3.2 内漏的危害分析
高旁减压阀所在的汽轮机组一但启动，往往很长时间不能停机，机组正常运行中，高旁减压阀要求关闭严密。但现实生产中，许多高旁阀相关密封面质量下降后不能及时得到修复都存在内漏现象，部分蒸汽未进入汽轮机高压缸内做功而漏入到再热器内，需投入大量减温水降温。造成高品质蒸汽浪费，降低机组效率、增加汽耗、浪费减温水，增加排汽装置换热量，降低真空度使端差增大，导致给水泵和凝结水泵能耗增加，影响机组效率，增加煤耗。
为了确保高旁减压阀不内漏，只有缩短阀门检修周期，提高阀门检修频率，因此此类阀门检修成本居高不下。就算这样，这种缺陷很难得到根本性的解决，既影响机组经济性运行，也增加检修成本。
4 高旁减压阀密封结构改造方案
4.1 阀芯与阀笼之间的圆周面侧密封泄漏解决方案
借鉴汽轮机主汽门预启阀结构形式，吸取平衡阀芯与非平衡阀芯的优点，将高旁减压阀阀芯改造加装一个预启阀小阀芯结构，见图4。当预启阀开启后，可通过改造的预启阀压盖上的平衡孔实现阀腔内汽压平衡的目的；同时，即使阀芯与阀笼之间的圆周面侧密封（石墨垫片）被损伤破坏后，只要使预启阀保持关闭状态，也可保证蒸汽不至于通过平衡孔而漏入到阀后，造成高旁减压阀漏流。
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图4 加装预启阀小阀芯结构示意图
4.2 阀芯与阀座密封结构泄漏解决方案
考虑高旁减压阀阀芯密封面为迎流面，正对着汽流方向受到蒸汽直接冲蚀而损伤，借鉴网络上已有技术经验，设计加装了导流唇（导流环），见图4。通过试验模拟发现导流唇虽然可以阻挡汽流对阀芯密封面直接冲击，却在导流唇和阀芯密封之间的小区域内形成漩涡流，尤其在高旁阀小开度时，依然没有有效避免冲击汽蚀现象，并且还造成蒸汽过流受限引起高旁调节性能产生变化问题。
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图5 加装导流唇（导流环）示意图
进一步论证后，最终将阀芯密封由常规的倒圆锥形外倾斜密封面（见图5），设计为正圆锥形内倾斜反角度密封面（简称反角密封），并采取适当的角度同步将阀座密封配合改造（见图6）。这样，既避免了汽流对阀芯密封面的直接冲蚀，还形成了一个引流通道，使汽流平流进入，沿阀芯与阀座之间形成的通道向斜上方流动后，再转流沿水平方向进入阀腔内部，转变汽流方向及平行流动，从而消除蒸汽流的直接冲蚀。
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图6 反角密封示意图
5 方案实施及效果
5.1 实施
经过方案优化和论证，最终形成“预启阀加反角密封组合” 新型密封结构的方案，并在达电#7汽轮机组平衡式高旁减压阀上进行了实施，并取得了消除内漏的良好效果，实施照片如下图7所示。
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图7 实施照片
5.2 效果
达拉特电厂#7机组高旁减压阀采用“预启阀加反角密封组合”新型密封结构实施后，查询机组SIS实时监控系统显示阀后温度为280—290℃左右，图8所示，未投入减温水，达到规程规定范围，解决了阀门关闭不严密的内漏问题。
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图8 机组SIS实时监控系统显示高旁减压阀阀后温度截屏照片
6 经济性分析
经测算，600MW亚临界机组高旁减压阀每漏汽1t/h，热耗率升高4.4kJ/kWh，煤耗率升高约0.17g/kWh。参考机组全年发电量与高旁漏汽1t/h所影响的煤耗来推算出产生的标煤量，再结合市场平均标煤单价即可得出年产生的燃煤费用成本。但是，实际生产中高旁减压阀的内漏蒸汽量不只1t/h，因而通过研制实施后消除了内漏，可以产生可观的直接经济效益。
7 结论
通过“预启阀加反角密封组合”新型密封结构的研制实施，高旁减压阀内漏问题得到解决，避免了热耗率及煤耗率的升高、减温水的浪费、给水泵和凝结水泵能耗的增加等不利影响，并防止了因投入减温水发生冷热变化，造成管道金属快速疲劳老化的安全隐患。节能降耗效果显著，本质安全得到提高，从而更大程度上节约发电成本，仅从节约燃煤角度看，产生的效益都是巨大的，有形和无形效果明显。
参考文献：
[1]大型汽轮机组的高压缸旁路系统 董爱华 李佰称；
[2]600 MW机组高压旁路减温减压阀热应力计算及寿命估算 钟世梁、黄荣国、许冰；
[3]汽轮机高压旁路阀门内漏的热经济性分析 杨小琨；
[4]600MW亚临界机组高压旁路阀内漏原因分析与改造 郭岩、郭欣瑀、张博、张中林。
作者简介：崔志勇（1976年— ），男，河北唐山人，本科，高级工程师，主要从事火电厂汽轮机检修技术工作。