600MW机组最小流量阀内漏治理的思路与看法

张雷刘宝满

（河北国华定州发电有限责任公司河北定州073000）

摘要：河北国华定州发电有限责任公司600MW机组最小流量阀长期以来存在汽蚀和内漏问题，虽经多次维修都未能根除。而长期内漏会造成发电厂发电效率降低，还会为机组的运行带来安全隐患。于是根据多年参与同类型机组检修的经验，以及对其他电厂同类设备的调研，提出节流降压思路和看法与同行探讨。

关键词：最小流量阀；汽蚀；内漏；节流降压

河北国华定州发电有限责任公司600MW机组最小流量阀是美国CV公司生产的，长期以来存在内漏问题。频繁发生密封面冲刷、汽蚀、内漏，造成阀门损坏、泄漏及门后管道冲刷减薄泄漏现象，虽经多次维修但并未彻底解决问题。

1.最小流量阀作用简介

最小流量阀安装在给水泵出口处，连接至除氧器。通过给水泵把汽轮机的凝结水从除氧器里抽出送往锅炉。为防止给水泵过热以及防止产生气蚀，给水泵的流量在任何情况下都必须不小于某一个规定的安全流量，也就是最小流量。当锅炉给水需要流量很小时，比如汽轮机跳闸或运行参数变化调整时，需及时打开最小流量阀，把一部分高压给水由泵出口处送回至除氧器，以保证给水泵的安全运行。该阀所在的系统称为再循环系统，最小流量调节阀又称给水泵再循环调节阀，该阀在正常情况下是关闭的，在汽轮机运行参数调整时需要自动打开，它需要按系统要求随时调节流量。因此，在使用方面就应该满足以下要求：

（1）调节精确、平稳，根据系统运行工况的需要，随时调节；

（2）降压、降噪平稳、安全，由于阀门运行中承受极高压差的同时，必须有效地防止汽蚀的产生，并减少振动和噪声；

（3）能够自动连续调节，给水泵的最小流量是随着转数变化而变化的，给水泵转数不同，其对应的最小流量值也不同。这样，在参与给水泵流量调节时，再循环阀的流量也应不同。所以，最小流量阀应能按泵的流量要求，自动连续调节，且调节稳定，这对保证给水泵的安全和经济运行都是非常重要的；

（4）良好的严密性。由于阀门入口压力即为给水泵的出口压力，阀门出口压力即为除氧器的工作压力，因此最小流量阀要承受200-300kg/cm2或更高的压差，这对阀门的严密性提出了更高的要求，，因为阀门一旦出现泄漏，不仅会冲刷、损坏阀内组件，而且还直接影响电厂的安全经济运行；

（5）减少维修、延长寿命，质量合格结构先进的设备应该达到使用寿命长，修理次数少，维护费用低的要求。

最小流量调节阀是火力发电厂锅炉给水泵配套的关键设备，该阀的内漏对机组有着极为重要的影响。

2.最小流量阀泄漏影响

首先因为汽前泵都是电机带动的，故最小流量阀的泄漏损失了部分厂用电；其次损失了一定量的四段抽汽蒸汽，四抽在小汽轮机做功后，由于泄漏导致汽泵会通过再循环管道损失掉一部分给水，在功率一定的情况下，提高了汽泵的转速；再次机组在夏季高负荷运行时，最小流量阀泄漏，常常导致汽泵出力跟不上，一般600MW超临界机组最大连续出力为634.18MW机组，在夏季机组负荷带到620MW都很难。这些因素都直接影响着电厂的安全经济运行，而最小流量阀的泄漏更是“调峰”机组普遍出现的现象，由于白天负荷高、需要开启最小流量阀，夜晚负荷低、需要关闭最小流量阀。一般600MW超临界机组，在汽前泵出口流量低于600t/h时，最小流量阀需要开启；反之则关闭，每天至少需要开关一次，因此频繁的开关也加快了阀芯密封面的损坏。

3.最小流量阀泄漏原因分析

据相关统计，在运行的300MW、600MW、1000MW发电厂中，90%以上最小流量阀在机组运行的过程中都会产生不同程度的泄漏现象。故治理最小流量阀的泄漏也变得非常必要。目前国内600MW及以上机组所采用的多数都是进口如CCI、CV、霍拉等知名品牌，而这些进口设备在机组运行当中的表现也多数不尽人意。运行一段时间后常常产生不同程度的泄漏。在机组检修中通过对阀内组件的损坏程度观察和机组运行时的情况对比分析，最小流量阀泄漏主要有两个重要原因：（1）迷宫式笼罩通道损坏所致。迷宫通道损坏后，给水无法得到减压而直接冲刷阀芯密封面，导致密封面损坏、进而阀门泄漏。（2）阀门密封面吹损所致。在阀门开启过程中，高压给水直接冲刷芯密封面而导致阀门泄漏；通常吹损的阀芯上有一个个周向均布的缺陷，一方面，高压给水直接冲刷密封面，导致阀芯密封面遭到局部吹损后，阀门不能严密关闭，同时在阀座密封面上也引起损伤；另一方面，由于最小流量阀阀后是除氧器，这样阀前、阀后压差很大，在阀门关闭状态下，由于密封面局部泄漏，又进一步产生“汽蚀“现象，进一步加剧阀芯、阀座的损伤。

我们为了解决该问题，进行探索性的逐步改进。首先，对最小流量阀的开关行程定位及关闭严密程度下功夫，务必使阀门的启闭行程定位准确，阀座、阀芯密封面闭合接触严丝合缝，加大阀门的关闭力，使原有的密封线承受力加大，密封线接触刚性也相应增大，在阀座密封面硬度略大于阀芯密封面硬度的基础上，增加阀门关闭时的阀芯密封面的变形量，以避免阀门泄漏。其次，对损坏的阀芯、阀座补焊加工的工艺、焊材方面做了严格要求，使用硬质材料以保证耐冲刷程度，如司太立合金（即钨铬钴合金）及焊后热处理，提高车削、研磨的加工精度，保证密封面接触线的密封效果。通过这一系列工作，内漏治理的效果有所提高，机组启动初期，阀门运行正常，但一段时间后，内漏再次产生了。继续分析中我们认为：600MW机组中最小流量阀的运行参数一般为：阀前：压力17～38.7Mpa，温度140～232℃；阀后：压力0～0.7MPa，温度40～109℃。这就意味着该阀必须具备承受高压差，防止汽蚀，降低冲刷和噪音等性能，可以说是火电厂运行工况最恶劣的调节阀之一。由于运行工况恶劣，因此最小流量阀内部汽蚀就很容易成为其内漏的主要原因。其他诸如阀门定位不准确；阀座、阀芯加工工艺及材质不过关；阀门内部结构与运行状况不匹配等几种原因也可能会造成最小流量调节阀的内漏，但根本原因就在于没有更好的解决阀内的汽蚀现象。

4.最小流量阀改进措施

目前，国内同类型机组的最小流量调节阀防汽蚀问题是阀内组件采用多级节流、逐级减压的结构，即在设计上使每级节流所承担的压差均小于允许压差，最后一级所承受的压差一般不超过全部压差的10％，由于各个节流元件两端的压降得到了有效控制，从而避免了汽蚀的产生，同时，由于流体冲刷阀内件的速度降低，也减缓了对阀门的侵蚀，延长了阀门的使用寿命。其内部结构大致有以下几种：（1）多级迷宫式笼罩结构；（2）多级九十度转弯分流对冲式笼罩结构；（3）多级柱塞结构；（4）多级错孔阶梯式笼罩结构；（5）多级小孔降压式笼罩结构。通过对这些结构进行分析，“多级迷宫式笼罩结构”和“多级九十度转弯分流对冲式笼罩结构”在速度恒定、降压平稳、使用效果方面可以说是目前较好的两种结构，再进一步比较这两种结构，多级迷宫式笼罩结构在降压时需要通过多个九十度转弯通道，才能逐级的将压力平稳地降下来，而随着降压幅度的增大，转弯通道的数量增加，其外形结构就会很大，否则就无法达到平稳降压的效果，因此在结构方面就显得庞大；而多级九十度转弯分流对冲式笼罩结构，其既具备九十度迷宫式曲折通道减压的功能，外形结构又不至于过大，尤为重要的是介质分流后在质量相等速度相同的条件下又进行对冲，充分地消耗了介质的能量、降低了介质的压力，而且这种降压效果十分突出，同时又不会对笼罩的流道产生破坏，达到了结构紧凑，降压平稳、降噪显著的效果（二者对比如下图所示）。

阀笼多级错孔式节流降压图阀笼多级分流对冲式节流降压图

5.结语

这种多级九十度转弯分流对冲式笼罩结构是目前为止最小流量阀防汽蚀内漏改进更新比较成功的一种。同时再对阀门关闭状态的密封结构进行改进，采用以软密封为主硬密封为辅的双重密封结构，效果会更加得到保障。如果采取这些改进措施和结构型式，再加上先前所做的诸如阀门精确定位，提高阀门内部组件材质等级及加工工艺等细节性工作，我们有理由相信，最小流量阀泄漏这个顽疾一定可以治愈。

参考文献：

[1]袁佩玉.管阀及其检修.北京：中国电力出版社，2007.

[2]孔珑.工程流体力学（第4版）.北京：机械工业出版社，2014.