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阀门设计

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浅谈发电厂减温水调节阀门“量身定做”的必要性

发表于 2017-10-7 01:37:51 | 1980 只看该作者回帖奖励

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发表于 2017-10-7 01:37:51 | 只看该作者回帖奖励

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电子人社区网讯：　　
　　编者
　　本文系西安秦申特种调节阀有限责任公司总经理所著。文章从几个典型案例着手，不仅分析了发电厂减温水阀门出现故障的原因和解决方法，而且详细列出各类减温水阀门的设计要求和注意事项，这不仅是西安秦申公司的研发成果，对发电厂以及阀门同行都有一定的借鉴作用。
　　前言：我们从减温水调节阀的大量应用案例中挑选几件，希望达到与同行的技术汇报交流，与客户有效沟通的目的。仅仅随机挑选，不代表秦申公司最高水平，也不代表机组最大容量，可能最具有普遍意义。我公司愿与同仁一起努力，真正承担起发电厂苛刻工况阀门疑难问题的解决任务。
　　
　　案例一：西北某发电有限公司 4×300MW+1×1000MW
　　1、该厂4台300MW发电机组的锅炉部分，过热器一级、二级减温水调节阀和再热器减温水调节阀都选用了某知名进口品牌。
　　
　　2、原阀门参数和结构示意图

阀门名称

过热器

一级减温水

过热器

二级减温水

再热器

减温水

规格

CL2500

CL1500

结构

笼式平衡式

笼式

非平衡式

双层笼式

非平衡式

流量

t/h

阀前压力

Mpa

21.1

阀后压力

Mpa

20.51

6.78

温度℃

181.1

175

泄漏等级

ANSI IV

ANSI V

原阀门结构示意图

　　
　　3、我们的分析判断
　　
　　工况特殊性分析
　　
　　1、由于该厂使用的煤质燃烧特点，火焰偏上，导致该厂过热器减温水投水量大，阀门频动，阀门一直处于长期工作的情况，就显得疲于应付，从而出现内漏、系统无法投自动等状况。
　　2、再热器减温水压差比较大，阀门长期处于小开度运行、调节特性差、过调，致使调节阀很快就出现了密封面汽蚀损坏，阀座产生周向裂纹的情况。
　　3、由于采用不可拆卸式阀座设计，导致无法正常更换调节阀核心组件，只能选择维修的方式，极大的增加了电厂锅炉专业的维护工作量。
　　
　　原阀门设计结构分析
　　1、套筒笼式单级节流阀笼开小孔调节，阀芯上下移动改变流通面积进行流量调整。虽然原阀门采用的是等百分比调节特性，但由于系统的流阻对减温水调节阀流量特性影响很大，当阀门处于小开度时，系统的压降绝大部分作用在阀门上，这样就使阀门的流量大大增加，超出预期要求，造成等百分比的阀门在减温水系统可能畸变为类似快开型。从而导致调节特性差、小开度阀门冲刷导致内漏。
　　2、过热器阀芯采用平衡式结构，阀芯阀套仅依靠石墨环来密封，承担负荷过重，且阀内件无防卡涩设计；如遇杂质焊渣等极易损坏密封环，从而造成内漏或者阀芯套卡涩。
　　3、原阀门为不可拆卸式阀座设计，将阀座环以周向点焊的方式固定在阀座本体。从理论上讲，固定的阀座环，可避免阀座环受阀杆或水流的作用力而异动，从而保证调整门在操作过程中的可靠性。但是，该调整门在运行当中曾多次出现阀座环与阀座本体固定部位产生周向裂纹的情况，而且曾有阀座环从阀体中直接取出的现象，从而导致减温水内漏严重。
　　
　　我们的设计方案
　　
　　过热器减温水
　　1、阀门采用多级套筒结构，提高降压等级。
　　2、套筒及阀芯都开有修正等百分比调节特性小孔，阀笼阀芯相互配合全行程调节，修补调节特性。
　　3、阀芯设有进口蓄能密封环可保证阀门达到ANSI V泄漏标准；且阀芯上加多个节流槽，以改善防卡机能。
　　4、阀杆变细，减小摩擦力，防止阀门过调。
　　5、上阀盖加长，使填料部分远离介质高压区。
　　6、整体结构采用活阀座设计，方便修复及更换。

西安秦申过热器减温水结构示意图

　　
　　再热器减温水
　　1、针对该阀重新计算CV值并选型；
　　2、采用平衡式串级阀芯，降压等级高，减小不平衡力；
　　3、加长行程，阀笼配合阀芯全行程调节，提高调节精度；
　　4、加进口蓄能密封环，关断严密，达到零泄漏等级标准；
　　5、表面硬化处理，硬度可达到HRC70左右，延长使用寿命。

西安秦申再热器减温水结构示意图

　　
　　改造效果
　　2015年该厂共使用西安秦申公司的过热器一级减温水、过热器二级减温水、再热器减温水调节阀各两台，共6台。阀门关闭严密，调节平滑，达到用户要求。在2016年和2017年两年间，该厂又陆续更换共计21台。
　　
　　案例二：山西某发电厂 2×600MW超临界机组
　　
　　原阀门参数和结构示意图
　　1#机过热器减温水调节阀原采用某进口知名品牌，先导式结构。
　　阀门参数为：
　　规格
　　DN100
　　设计温度
　　290℃
　　设计压力
　　31.6MPa
　　流量
　　62t/h
　　阀前压力
　　27.2MPa
　　阀后压力
　　25.89MPa
　　流向
　　侧进下出
　　
　　原阀门现场问题反映
　　
　　1、长期存在振动啸叫现象。当阀门处于12%~26%开度时，振动啸叫尤其严重。
　　2、调节特性差，基本丧失调节能力。
　　3、阀座直接焊死在阀体上，阀门产生内漏后无法直接更换阀座，检修不便。
　　我们的分析判断
　　
　　1、原阀门采用悬挂式套筒，阀套无节流降压作用，只是起到导向作用。介质采用侧进下出，阀芯阀座密封面直接应对高能流体。阀内件无阀笼设计，且阀门使用一段时间后配合间隙变大，从而导致阀门振动产生啸叫。
　　2、该结构阀套没有调节功能，只是起到导向作用。主要依靠阀芯露出节流孔的数量来调节减温水的流量，没有避免小开度运行的特殊设计，因此小开度下阀门调节特性差，基本无法满足系统要求。
　　3、该阀门由于口径较大而采用了先导式结构，可保证V级泄漏。但由于缺少对密封面的保护措施，导致阀门出现主密封副容易被冲刷的后果，且阀座采用热装焊接至阀体，阀门内漏严重后，无法整体更换阀内件，对日后检修带来不便。
　　
　　我们的改造方案
　　
　　1、由我公司技术人员针对双方确认后的现场运行参数进行重新计算选型，优化阀内件流通能力及调节性能。
　　2、在设计上保留了先导式结构，阀杆变细，减小摩擦力，调节稳定。
　　3、采用了三级套筒式结构设计。该结构既可满足所要求的最大流量，同时又能实现精确调节。对阀门的等百分比调节特性进行修正，延长阀门的使用寿命。
　　
　　改造效果
　　
　　该厂过热器二级减温水自2015年11月投用至今，近2年运行时间的考验，现场反馈，由于增加了调节级数，优化了调节特性曲线，完全适应自动控制要求。阀门零开度时关断严密。
　　

减温水阀门的现场流量示意图

　　
　　案例三：陕西大唐某发电有限公司 4×600MW亚临界机组
　　
　　现场问题
　　2012年，该厂因需要采购减温水前截止阀，我公司去现场进行技术交流，并应客户要求，给出截止阀的技术方案。
　　当时没有更多的系统问题反映。
　　
　　我们的分析和判断
　　
　　对运行方式的了解
　　
　　在现场技术交流过程中，我们发现，该厂的一、二级过热器减温水，因为流量不够，运行上想办法，采用将给水主调门开至14%运行。此时在保证给水量的同时，提高了减温水压力，强行增大了一、二级过热器减温水调节阀的前后压差，从而迫使减温水调节阀满足所需流量。
　　
　　我们认为，长期憋压运行，不仅造成能量损耗，而且减短了给水调节阀的使用寿命（主调长期小开度运行，副调频繁调节）。
　　
　　重新计算选型
　　现场提供参数后，经过我公司专业人员重新选型计算后，我们给出以下建议：
　　一级减温水应选Kv=120 喉口建议Φ85，
　　二级减温水应选用Kv=55 喉口建议Φ50。
　　而原阀门的喉口仅有Φ38，根据此类阀门的性能最大通流能力为Kv≈20，因此原减温水调节阀的流通能力远远没有达到所需要求。
　　
　　现场勘查
　　经现场勘查发现，减温水调节阀及调节阀前的截止阀管道原为DN100/DN80，而现场加了变径管，缩小了内径。原来系统设计没有问题，只是阀门厂家也许为了降低成本，后来加了变径管，缩小了内径。截止阀的流通能力进一步缩小，而后边的调节阀继续缩小喉口，致使流量更加不足。
　　
　　我们建议一是消除瓶颈（变径管），同时增大隔离阀通径，一级减温水采用DN100的截止阀，二级减温水采用DN80的截止阀。二是立刻检查减温器喷头。
　　
　　效果反馈
　　自2012年我公司提出整改方案后，同年7月给电厂提供了我公司生产的套筒先导式截止阀，并对其过热器一级减温水阀内件进行改造修复，2013年更换了过热器二级减温水后，彻底解决了原系统存在的问题。
　　
　　我们对此类阀门的理解
　　
　　发电厂减温水调节阀的分类和我们相应的设计理念
　　
　　虽然在发电厂系统中，这类阀门名称上都统称为减温水调节阀，因在系统中的位置和工况不同，其前后压差、所要求的调节精度均不同，因此其相应的设计方案选型也不同。大致可以分为以下几类：
　　（1）过热器系统：亚临界机组锅炉过热器系统一般设置两级喷水减温，超临界机组设置三级喷水减温。总减温水量一般都在最大蒸发量的8%左右，一级粗调、二级或三级作为主蒸汽气温的微调，通过二三级减温喷水的精确控制，保证末级过热器出口蒸汽温度在额定值，因此对减温水调节阀的调节精度要求就比较高。
　　过热器减温水调节阀，其阀门前后都处于高压区，属于高压阀，对结构及内件的选材方面有特殊要求，阀门频繁调节，且要求调节稳定。
　　
　　（2）再热器系统：使用减温水调节阀作为再热蒸汽温度微量调节，减温水的总流量一般为最大蒸发量的5%。
　　
　　再热器减温水阀，其前后压差较大，对阀门核心部件的防冲刷能力要求高，且调节特性要求也非常高。且随着热经济性的要求更加严格，近年来大机组的减温水投放量都很少，因此对阀门的调节精度有了更高的要求。
　　
　　（3）再热器冷端进口管道：事故紧急喷水减温器，起到事故状态下的喷水减温作用。
　　
　　再热器事故微量喷水减温水调节阀，其阀门前后压差大，口径小，对结构及内件的选材热处理工艺方面有特殊要求，且调节特性高。
　　
　　（4）高压旁路系统、低压旁路系统：使用减温水调节阀以达到蒸汽减温效果。
　　
　　高旁减温水调节阀，阀前处于高压区，阀门前后压差很大，口径较小，泄流等级要求高，对结构设计及防冲刷能力要求高，调节特性要求高，调节稳定。
　　
　　低旁减温水阀属于大口径阀门，阀前压力相对较低，阀门前后压差相对较小，该阀要求调节性能高且要求调节稳定。
　　
　　（5）轴封系统：轴封减温水调节阀的流量特别小，来自凝结水升压泵出口，虽然压力温度不高，但是由于其V级泄露标准及超高的调节精度，因此该阀门设计加工难度很大，调节特性很难控制。开度过大加速汽轮机内部冷却，造成大轴弯曲，开度过小造成轴承超温。
　　
　　（6）其他，如吹灰系统和供热系统中的减温水调节阀，过热器或者再热器系统中的微量喷水调节阀。
　　
　　空预器吹灰减温水调节阀，属于低压小口径阀，流量要求小，很难控制流量，所以该阀门调节特性要求高。
　　
　　减温水调节阀普遍存在的问题
　　1.阀门过调上下串动
　　2.阀门振动导致阀杆填料外漏
　　3.调节特性差，无法精确控制减温水量。
　　4.选型不当：阀门喉口过大，造成小开度运行，易冲刷密封面且难以实现精确调节；阀门喉口过小，减温水流量不足，导致蒸汽超温甚至引起爆管停机。
　　
　　我公司减温水调节阀的研发缩影
　　
　　我公司在减温水调节阀的研发历史中，最初采用的是串级式多级节流结构，堪称当时的减温水阀门设计典范，大量应用于300MW、200MW、125MW的亚临界机组。近些年来，又研发出套筒式、多级套筒式、压力平衡型与不平衡型、先导结构等系列减温水结构，应对现场不同工况要求。即使如此，我们还经常感到力不从心。
　　
　　在亚临界机组到超临界机组的发展过程中，我们也走了不少弯路，甚至摔倒失败过，直到我们的设计理念进行彻底转变。比如大唐龙岗发电厂，2012年5月我们第一次改造的效果并不好，阀门在50%开度时上下串动，并且流量调节不稳。2012年10月我们进行了第二次改进，重新计算选型。第二次改造后运行至今，调节精度高，关闭严密。
　　
　　随着发电厂容量的增加，自动化控制水平的提高，客户对减温水阀门的要求也越来越高。我们在为客户服务的过程中深深体会到，锅炉减温水调节阀这一产品，更加需要现场各种参数做计算和设计方案的支撑，更加淋漓尽致体现了“量身定做”的概念，这也恰恰与我公司的经营理念相吻合。为客户量身定制提供专业技术方案，致力于专业解决发电厂的阀门疑难问题，仍是我们今后孜孜以求的目标。

来源：网络转载

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