超臨界機(jī)組主蒸汽氣動(dòng)疏水截止閥的分析與選型

2013-10-07 趙國(guó)欽 廣東粵電靖海發(fā)電有限公司

  分析了600MW超臨界機(jī)組中,主蒸汽疏水系統(tǒng)用氣動(dòng)疏水截止閥出現(xiàn)內(nèi)漏的原因,介紹了既能保證充分疏水,又能避免運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)漏的小閥瓣氣動(dòng)疏水截止閥的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和選型。

1、概述

  國(guó)內(nèi)電廠(chǎng)超臨界600MW機(jī)組中,主蒸汽疏水系統(tǒng)由于壓力和溫度高,疏水閥的前后壓差大,氣動(dòng)疏水閥多選用截止閥。但由于氣動(dòng)截止閥在實(shí)際的使用中,經(jīng)過(guò)幾次開(kāi)關(guān)后容易出現(xiàn)閥門(mén)關(guān)閉不到位導(dǎo)致的內(nèi)漏或閥瓣部位直接出現(xiàn)內(nèi)漏,造成機(jī)組運(yùn)行期間高能蒸汽的浪費(fèi)。

2、系統(tǒng)配置

  目前,國(guó)內(nèi)超臨界機(jī)組高溫蒸汽系統(tǒng)疏水管路布置主要采用手動(dòng)疏水截止閥+氣動(dòng)疏水截止閥+疏水節(jié)流孔的形式(圖1)。手動(dòng)疏水截止閥的作用主要是便于在氣動(dòng)疏水截止閥出現(xiàn)問(wèn)題后可以進(jìn)行有效隔離,疏水節(jié)流孔的主要作用是在疏水閥打開(kāi)時(shí)減小閥門(mén)前后壓差,減輕疏水對(duì)閥瓣部位的沖刷。疏水節(jié)流孔的孔徑一般約為閥瓣通徑的1/2,即節(jié)流孔面積相當(dāng)于閥瓣面積的1/4。疏水系統(tǒng)設(shè)置節(jié)流孔既能滿(mǎn)足正常疏水能力要求,又能在疏水時(shí)降低閥門(mén)前后壓差,降低閥瓣部位的汽水兩相流沖刷。

疏水系統(tǒng)布置方式

1.手動(dòng)截止閥2.氣動(dòng)截止閥3.疏水節(jié)流孔

圖1 疏水系統(tǒng)布置方式

 閥瓣部位的沖刷溝痕

圖2 閥瓣部位的沖刷溝痕

3、常見(jiàn)問(wèn)題

  在實(shí)際運(yùn)行中,疏水截止閥經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后,閥門(mén)雖然關(guān)閉,但閥門(mén)后的溫度仍然很高,接近于主蒸汽溫度。在拆解檢查時(shí)發(fā)現(xiàn),閥瓣密封部位出現(xiàn)明顯的溝狀沖刷痕跡,密封面不能完好密封(圖2)。由于疏水截止閥閥瓣組件檢修處理時(shí)無(wú)法更換或重新加工,在閥門(mén)內(nèi)漏后只能采取更換的措施。而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的手動(dòng)疏水截止閥雖然經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)操作,極少出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象,且在手動(dòng)疏水截止閥關(guān)閉后可以做到完好的隔離。經(jīng)過(guò)分析,氣動(dòng)疏水截止閥內(nèi)漏與關(guān)斷壓力不足和關(guān)斷剛度不足等原因有關(guān)。

4、原因分析

  4.1、通流面積

  在600MW超臨界機(jī)組中,高溫蒸汽疏水管路的布置方式存在疏水截止閥后的節(jié)流孔面積與閥門(mén)通流面積差別大的問(wèn)題(表1)。

表1 疏水系統(tǒng)通流面積

疏水系統(tǒng)通流面積

  4.2、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

  疏水系統(tǒng)閥門(mén)主要采用彈簧氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)價(jià)格低,可靠性高,但壓緊力和剛度較小,容易導(dǎo)致疏水截止閥出現(xiàn)因關(guān)斷力矩小閥瓣關(guān)閉不嚴(yán)產(chǎn)生的內(nèi)漏現(xiàn)象。

5、設(shè)計(jì)

  為了在標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)執(zhí)行配置下閥瓣能獲得更大的壓緊力,疏水截止閥設(shè)計(jì)時(shí)的實(shí)際通徑選用公稱(chēng)通徑的0.7~0.8(通流面積的0.49~0.64倍)倍。

  5.1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力

  有彈簧的氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力F為

  式中F———執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力,N;Ac———執(zhí)行機(jī)構(gòu)有效面積,mm2;pF———輸入壓縮空氣壓力,MPa;P———信號(hào)壓力,MPa;Pi———彈簧的啟動(dòng)壓力,MPa;Pr———彈簧作用于薄膜上的壓力變化范圍,MPa;l———閥門(mén)的位移量,mm;L———彈簧的全行程變形量,mm。

  根據(jù)式(1)分析,如需增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力F,就需要增加pF或增大有效面積Ac。但在實(shí)際的使用中,為減少生產(chǎn)成本,經(jīng)常采用提高pF的方法增加F。但由于薄膜的耐壓能力有限,pF的增加也受到一定的限制。

  5.2、閥瓣密封面壓緊力

  閥瓣密封面部位的壓緊力越大則閥門(mén)的關(guān)閉越嚴(yán)密,壓緊力越小則閥門(mén)的關(guān)閉嚴(yán)密性受外界影響時(shí)越容易出現(xiàn)泄漏。氣動(dòng)疏水截止閥整體作用于閥瓣密封面的壓緊力F'為

F'=F-Ft-Ff–Fw(2)

  式中F'———閥瓣密封面的壓緊力,N;Ft———作用在閥瓣上的不平衡力,N;Ft———閥桿所受的填料摩擦力,N;Fw———閥瓣各部件的質(zhì)量,N。

  由于Ft和Fw受到設(shè)計(jì)和安裝條件的限制,無(wú)法進(jìn)行調(diào)整,因此提高F',需要提高F和減小Ft。以DN25主蒸汽閥門(mén)為例,計(jì)算疏水截止閥工作時(shí)的反作用力(表2)。分析表2中數(shù)據(jù),F(xiàn)t占反作用力總和的83%,因此在實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算中主要考慮減小閥瓣前后壓差所產(chǎn)生的反作用力Ft是最有效的方法。

表2 疏水截止閥工作時(shí)的反作用力

疏水截止閥工作時(shí)的反作用力

  5.3、選型

  在高壓蒸汽系統(tǒng)疏水截止閥門(mén)的選型上,按照較小閥瓣通徑的設(shè)計(jì)原則,即閥門(mén)的實(shí)際通徑取公稱(chēng)通徑的0.7~0.8倍,可以將閥瓣前后壓差產(chǎn)生的反作用力Ft降低至原設(shè)計(jì)的0.49~0.64倍,閥瓣的壓緊力得到明顯的提高。以常規(guī)的超臨界主蒸汽疏水截止閥為例,一般設(shè)計(jì)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裕度為30%,不改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的情況下,閥門(mén)通徑更改為原設(shè)計(jì)的0.7~0.8倍,則閥瓣的壓緊力為原設(shè)計(jì)密封面壓緊力的1.67~2.16倍(表3)。因此將閥門(mén)的通徑減小,提高了閥門(mén)的性能。①可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)疏水流量的要求。②閥瓣壓緊力提高,閥門(mén)的關(guān)閉嚴(yán)密性得到提高。③由于閥瓣壓緊力增加,閥門(mén)關(guān)閉后的剛度得到提高。④由于閥門(mén)閥瓣較小,閥瓣組件可以采取硬質(zhì)合金整體堆焊加工,避免表面堆焊帶來(lái)的后續(xù)工藝流程,減少加工成本。

表3 改變閥瓣設(shè)計(jì)尺寸閥瓣壓緊力的變化

改變閥瓣設(shè)計(jì)尺寸閥瓣壓緊力的變化

6、結(jié)語(yǔ)

  在發(fā)電廠(chǎng)高壓蒸汽系統(tǒng)中,由于采用疏水截止閥+節(jié)流孔的設(shè)計(jì)方式,閥門(mén)可以選用較小的閥瓣通徑,建議選取公稱(chēng)通徑的0.7~0.8倍(大于疏水節(jié)流孔直徑),既滿(mǎn)足實(shí)際使用的疏水量要求,又提高閥瓣密封面的壓緊力和整體氣動(dòng)疏水截止閥的關(guān)閉剛度,避免氣源壓力不穩(wěn)定或較小時(shí)造成的閥門(mén)內(nèi)漏。