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論發電廠減溫水調節閥“量身定做”的必要性
發布于：2019/8/2 9:41:51 點擊量：427
我們從減溫水調節閥的大量應用案例中挑選幾件，希望達到與同行的技術匯報交流，與客戶有效溝通的目的，真正承擔起發電廠苛刻工況閥門疑難問題的解決任務。
案例一：西北某發電有限公司 4×300MW+1×1000MW
1、該廠4臺300MW發電機組的鍋爐部分，過熱器一級、二級減溫水調節閥和再熱器減溫水調節閥都選用了某知名進口品牌。
2、原閥門參數和結構示意圖
閥門名稱 | 過熱器 一級減溫水 | 過熱器 二級減溫水 | 再熱器 減溫水 |
規格 | 2" CL2500 | 2" CL2500 | 2" CL1500 |
結構 | 籠式平衡式 | 籠式非平衡式 | 雙層籠式非平衡式 |
流量t/h | 38 | 19 | 26 |
閥前壓力Mpa | 21.1 | 21.1 | 11 |
閥后壓力Mpa | 20.51 | 20 | 6.78 |
溫度℃ | 181.1 | 181.1 | 175 |
泄漏等級 | ANSI IV | ANSI IV | ANSI V |
原閥門結構示意圖
3、我們的分析判斷
工況特殊性分析
1、由于該廠使用的煤質燃燒特點，火焰偏上，導致該廠過熱器減溫水投水量大，閥門頻動，閥門一直處于長期工作的情況，就顯得疲于應付，從而出現內漏、系統無法投自動等狀況。
2、再熱器減溫水壓差比較大，閥門長期處于小開度運行、調節特性差、過調，致使調節閥很快就出現了密封面汽蝕損壞，閥座產生周向裂紋的情況。
3、由于采用不可拆卸式閥座設計，導致無法正常更換調節閥核心組件，只能選擇維修的方式，極大的增加了電廠鍋爐專業的維護工作量。
原閥門設計結構分析
1、套筒籠式單級節流閥籠開小孔調節，閥芯上下移動改變流通面積進行流量調整。雖然原閥門采用的是等百分比調節特性，但由于系統的流阻對減溫水調節閥流量特性影響很大，當閥門處于小開度時，系統的壓降絕大部分作用在閥門上，這樣就使閥門的流量大大增加，超出預期要求，造成等百分比的閥門在減溫水系統可能畸變為類似快開型。從而導致調節特性差、小開度閥門沖刷導致內漏。
2、過熱器閥芯采用平衡式結構，閥芯閥套僅依靠石墨環來密封，承擔負荷過重，且閥內件無防卡澀設計；如遇雜質焊渣等極易損壞密封環，從而造成內漏或者閥芯套卡澀。
3、原閥門為不可拆卸式閥座設計，將閥座環以周向點焊的方式固定在閥座本體。從理論上講，固定的閥座環，可避免閥座環受閥桿或水流的作用力而異動，從而保證調整門在操作過程中的可靠性。但是，該調整門在運行當中曾多次出現閥座環與閥座本體固定部位產生周向裂紋的情況，而且曾有閥座環從閥體中直接取出的現象，從而導致減溫水內漏嚴重。
我們的設計方案
過熱器減溫水
1、閥門采用多級套筒結構，提高降壓等級。
2、套筒及閥芯都開有修正等百分比調節特性小孔，閥籠閥芯相互配合全行程調節，修補調節特性。
3、閥芯設有進口蓄能密封環可保證閥門達到ANSI V泄漏標準；且閥芯上加多個節流槽，以改善防卡機能。
4、閥桿變細，減小摩擦力，防止閥門過調。
5、上閥蓋加長，使填料部分遠離介質高壓區。
6、整體結構采用活閥座設計，方便修復及更換。
過熱器減溫水結構示意圖
再熱器減溫水
1、針對該閥重新計算CV值并選型；
2、采用平衡式串級閥芯，降壓等級高，減小不平衡力；
3、加長行程，閥籠配合閥芯全行程調節，提高調節精度；
4、加進口蓄能密封環，關斷嚴密，達到零泄漏等級標準；
5、表面硬化處理，硬度可達到HRC70左右，延長使用壽命。
再熱器減溫水結構示意圖
改造效果
2015年該廠共使用過熱器一級減溫水、過熱器二級減溫水、再熱器減溫水調節閥各兩臺，共6臺。閥門關閉嚴密，調節平滑，達到用戶要求。在2016年和2017年兩年間，該廠又陸續更換共計21臺。
案例二：山西某發電廠 2×600MW超臨界機組
原閥門參數和結構示意圖
1#機過熱器減溫水調節閥原采用某進口知名品牌，先導式結構。
閥門參數為：
規格 | DN100 |
設計溫度 | 290℃ |
設計壓力 | 31.6MPa |
流量 | 62t/h |
閥前壓力 | 27.2MPa |
閥后壓力 | 25.89MPa |
流向 | 側進下出 |
原閥門現場問題反映
1、長期存在振動嘯叫現象。當閥門處于12%~26%開度時，振動嘯叫尤其嚴重。
2、調節特性差，基本喪失調節能力。
3、閥座直接焊死在閥體上，閥門產生內漏后無法直接更換閥座，檢修不便。
我們的分析判斷
1、原閥門采用懸掛式套筒，閥套無節流降壓作用，只是起到導向作用。介質采用側進下出，閥芯閥座密封面直接應對高能流體。閥內件無閥籠設計，且閥門使用一段時間后配合間隙變大，從而導致閥門振動產生嘯叫。
2、該結構閥套沒有調節功能，只是起到導向作用。主要依靠閥芯露出節流孔的數量來調節減溫水的流量，沒有避免小開度運行的特殊設計，因此小開度下閥門調節特性差，基本無法滿足系統要求。
3、該閥門由于口徑較大而采用了先導式結構，可保證V級泄漏。但由于缺少對密封面的保護措施，導致閥門出現主密封副容易被沖刷的后果，且閥座采用熱裝焊接至閥體，閥門內漏嚴重后，無法整體更換閥內件，對日后檢修帶來不便。
我們的改造方案
1、由我公司技術人員針對雙方確認后的現場運行參數進行重新計算選型，優化閥內件流通能力及調節性能。
2、在設計上保留了先導式結構，閥桿變細，減小摩擦力，調節穩定。
3、采用了三級套筒式結構設計。該結構既可滿足所要求的最大流量，同時又能實現精確調節。對閥門的等百分比調節特性進行修正，延長閥門的使用壽命。
改造效果
該廠過熱器二級減溫水自2015年11月投用至今，近2年運行時間的考驗，現場反饋，由于增加了調節級數，優化了調節特性曲線，完全適應自動控制要求。閥門零開度時關斷嚴密。
減溫水閥門的現場流量示意圖
案例三：陜西大唐某發電有限公司 4×600MW亞臨界機組
現場問題
2012年，該廠因需要采購減溫水前截止閥，我公司去現場進行技術交流，并應客戶要求，給出截止閥的技術方案。當時沒有更多的系統問題反映。
我們的分析和判斷
對運行方式的了解
在現場技術交流過程中，我們發現，該廠的一、二級過熱器減溫水，因為流量不夠，運行上想辦法，采用將給水主調門開至14%運行。此時在保證給水量的同時，提高了減溫水壓力，強行增大了一、二級過熱器減溫水調節閥的前后壓差，從而迫使減溫水調節閥滿足所需流量。
我們認為，長期憋壓運行，不僅造成能量損耗，而且減短了給水調節閥的使用壽命（主調長期小開度運行，副調頻繁調節）。
重新計算選型
現場提供參數后，經過我公司專業人員重新選型計算后，我們給出以下建議：
一級減溫水應選Kv=120 喉口建議Φ85，
二級減溫水應選用Kv=55 喉口建議Φ50。
而原閥門的喉口僅有Φ38，根據此類閥門的性能最大通流能力為Kv≈20，因此原減溫水調節閥的流通能力遠遠沒有達到所需要求。
現場勘查
經現場勘查發現，減溫水調節閥及調節閥前的截止閥管道原為DN100/DN80，而現場加了變徑管，縮小了內徑。原來系統設計沒有問題，只是閥門廠家也許為了降低成本，后來加了變徑管，縮小了內徑。截止閥的流通能力進一步縮小，而后邊的調節閥繼續縮小喉口，致使流量更加不足。
我們建議一是消除瓶頸（變徑管），同時增大隔離閥通徑，一級減溫水采用DN100的截止閥，二級減溫水采用DN80的截止閥。二是立刻檢查減溫器噴頭。
效果反饋
自2012年我公司提出整改方案后，同年7月給電廠提供了我公司生產的套筒先導式截止閥，并對其過熱器一級減溫水閥內件進行改造修復，2013年更換了過熱器二級減溫水后，徹底解決了原系統存在的問題。
我們對此類閥門的理解
發電廠減溫水調節閥的分類和我們相應的設計理念
雖然在發電廠系統中，這類閥門名稱上都統稱為減溫水調節閥，因在系統中的位置和工況不同，其前后壓差、所要求的調節精度均不同，因此其相應的設計方案選型也不同。大致可以分為以下幾類：
（1）過熱器系統：亞臨界機組鍋爐過熱器系統一般設置兩級噴水減溫，超臨界機組設置三級噴水減溫。總減溫水量一般都在最大蒸發量的8%左右，一級粗調、二級或三級作為主蒸汽氣溫的微調，通過二三級減溫噴水的精確控制，保證末級過熱器出口蒸汽溫度在額定值，因此對減溫水調節閥的調節精度要求就比較高。
過熱器減溫水調節閥，其閥門前后都處于高壓區，屬于高壓閥，對結構及內件的選材方面有特殊要求，閥門頻繁調節，且要求調節穩定。
（2）再熱器系統：使用減溫水調節閥作為再熱蒸汽溫度微量調節，減溫水的總流量一般為最大蒸發量的5%。
再熱器減溫水閥，其前后壓差較大，對閥門核心部件的防沖刷能力要求高，且調節特性要求也非常高。且隨著熱經濟性的要求更加嚴格，近年來大機組的減溫水投放量都很少，因此對閥門的調節精度有了更高的要求。
（3）再熱器冷端進口管道：事故緊急噴水減溫器，起到事故狀態下的噴水減溫作用。
再熱器事故微量噴水減溫水調節閥，其閥門前后壓差大，口徑小，對結構及內件的選材熱處理工藝方面有特殊要求，且調節特性高。
（4）高壓旁路系統、低壓旁路系統：使用減溫水調節閥以達到蒸汽減溫效果。
高旁減溫水調節閥， 閥前處于高壓區，閥門前后壓差很大，口徑較小，泄流等級要求高，對結構設計及防沖刷能力要求高，調節特性要求高，調節穩定。
低旁減溫水閥屬于大口徑閥門，閥前壓力相對較低，閥門前后壓差相對較小，該閥要求調節性能高且要求調節穩定。
（5）軸封系統：軸封減溫水調節閥的流量特別小，來自凝結水升壓泵出口，雖然壓力溫度不高，但是由于其V級泄露標準及超高的調節精度，因此該閥門設計加工難度很大，調節特性很難控制。開度過大加速汽輪機內部冷卻，造成大軸彎曲，開度過小造成軸承超溫。
（6） 其他，如吹灰系統和供熱系統中的減溫水調節閥，過熱器或者再熱器系統中的微量噴水調節閥。
空預器吹灰減溫水調節閥，屬于低壓小口徑閥，流量要求小，很難控制流量，所以該閥門調節特性要求高。
減溫水調節閥普遍存在的問題
1.閥門過調上下串動
2.閥門振動導致閥桿填料外漏
3.調節特性差，無法精確控制減溫水量。
4.選型不當：閥門喉口過大，造成小開度運行，易沖刷密封面且難以實現精確調節；閥門喉口過小，減溫水流量不足，導致蒸汽超溫甚至引起爆管停機。
減溫水調節閥的研發縮影
在減溫水調節閥的研發中，最初采用的是串級式多級節流結構，堪稱當時的減溫水閥門設計典范，大量應用于300MW、200MW、125MW的亞臨界機組。近些年來，又研發出套筒式、多級套筒式、壓力平衡型與不平衡型、先導結構等系列減溫水結構，應對現場不同工況要求。即使如此，我們還經常感到力不從心。
在亞臨界機組到超臨界機組的發展過程中，我們也走了不少彎路，甚至摔倒失敗過，直到我們的設計理念進行徹底轉變。比如大唐龍崗發電廠，2012年5月我們第一次改造的效果并不好，閥門在50%開度時上下串動，并且流量調節不穩。2012年10月我們進行了第二次改進，重新計算選型。第二次改造后運行至今，調節精度高，關閉嚴密。
隨著發電廠容量的增加，自動化控制水平的提高，客戶對減溫水閥門的要求也越來越高。我們在為客戶服務的過程中深深體會到，鍋爐減溫水調節閥這一產品，更加需要現場各種參數做計算和設計方案的支撐，更加淋漓盡致體現了“量身定做”的概念，這也恰恰與我公司的經營理念相吻合 。為客戶量身定制提供專業技術方案，致力于專業解決發電廠的閥門疑難問題，仍是我們今后孜孜以求的目標。
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