電廠(chǎng)主蒸汽系統(tǒng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)內(nèi)漏說(shuō)明及解決措施

      電廠(chǎng)主蒸汽系統(tǒng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)內(nèi)漏說(shuō)明及解決措施，發(fā)電機(jī)組電動(dòng)主汽門(mén)前、后疏水系統(tǒng)的電動(dòng)截止氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥體溫度多年一直偏高，疑為閥門(mén)發(fā)生內(nèi)漏，經(jīng)更換閥門(mén)，閥體溫度依舊偏高，對(duì)閥體進(jìn)行解體發(fā)現(xiàn)閥門(mén)沒(méi)有發(fā)生內(nèi)漏，對(duì)疏水管路進(jìn)行了試驗(yàn)，分析試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，閥體溫度過(guò)高是由不合理的管閥布局引起的。并針對(duì)管閥布局提出了改進(jìn)措施，為解決電廠(chǎng)閥門(mén)溫度過(guò)高問(wèn)題提供了參考。
       在火力發(fā)電廠(chǎng)中，疏水閥門(mén)是機(jī)組的重要組成部分，熱力系統(tǒng)中的主蒸汽管道、高壓缸排汽管道、再熱段蒸汽管道等許多管道和設(shè)備部位都設(shè)置了必要的蒸汽疏水閥門(mén)。由于工作環(huán)境惡劣，蒸汽疏水閥門(mén)發(fā)生內(nèi)部泄漏故障的問(wèn)題比較普遍。安全生產(chǎn)是火力發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)工作中的重中之重，閥門(mén)內(nèi)漏將使運(yùn)行中設(shè)備無(wú)法隔離消缺，安全措施無(wú)法執(zhí)行到位，嚴(yán)重威脅檢修工作人員的生命安全。同時(shí)，疏水閥門(mén)內(nèi)漏也會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不良影響。
1、電廠(chǎng)主蒸汽系統(tǒng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)內(nèi)漏事件背景
       10、11號(hào)（2×300MW）亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠(chǎng)制造，N300-16.7/537-537型。亞臨界壓力一次中間再熱兩缸兩排汽凝式汽輪機(jī)。機(jī)組主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。
       10、11號(hào)機(jī)組電動(dòng)主汽門(mén)前、后疏水系統(tǒng)的電動(dòng)截止氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥體溫度多年一直偏高。圖1為電動(dòng)主汽門(mén)前、后疏水系統(tǒng)管閥布局圖，A-E為主蒸汽母管，A-E間是電動(dòng)主汽門(mén)（簡(jiǎn)稱(chēng)閥1）；A-B-C-D圖1電動(dòng)主汽門(mén)前、后疏水系統(tǒng)管閥布局為電動(dòng)主汽門(mén)前疏水管道，C-D間有一個(gè)手動(dòng)截止閥（是電動(dòng)主汽門(mén)前疏水一次閥，簡(jiǎn)稱(chēng)為閥2）；E-F為電動(dòng)主汽門(mén)后疏水管，E-F間有一個(gè)手動(dòng)截止閥（是電動(dòng)主汽門(mén)后疏水一次閥，簡(jiǎn)稱(chēng)為閥3）。前后疏水管合并為F-H管，合并后有一個(gè)電動(dòng)疏水截止總門(mén)（又稱(chēng)電動(dòng)主汽門(mén)前、后氣液兩相流疏水器閥門(mén)，簡(jiǎn)稱(chēng)為閥4）。電動(dòng)疏水截止總門(mén)后進(jìn)凝結(jié)器。長(zhǎng)期以來(lái)閥4的閥體溫度一直很高，認(rèn)為是閥門(mén)內(nèi)漏而產(chǎn)生，使得高品質(zhì)蒸汽不僅沒(méi)有做功還給汽輪機(jī)帶來(lái)了安全隱患，嚴(yán)重影響了電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
2、電廠(chǎng)主蒸汽系統(tǒng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)內(nèi)漏原因分析
       (1)電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)。通常情況下，閥2、閥3兩個(gè)手動(dòng)閥是常開(kāi)的，只需用閥4電動(dòng)疏水總門(mén)作為疏水系統(tǒng)的控制閥門(mén)，當(dāng)電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)出現(xiàn)問(wèn)題或需要維修時(shí)，閥2、閥3兩個(gè)手動(dòng)閥才需要關(guān)閉。電動(dòng)主汽門(mén)前、后的疏水管道是從A-E主蒸汽母管接過(guò)來(lái)的，因此，通過(guò)兩個(gè)手動(dòng)門(mén)和電動(dòng)疏水總門(mén)的壓力、溫度都非常高。機(jī)組啟機(jī)以后，閥2、閥3兩個(gè)手動(dòng)閥打開(kāi)，疏水工作完成以后，關(guān)閉電動(dòng)疏水總門(mén)閥4，如果電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥4關(guān)閉不嚴(yán)，閥門(mén)溫度一定會(huì)高，而且會(huì)越來(lái)越高。
       (2)電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)內(nèi)漏。在高溫高壓下，如果閥4使用普通電動(dòng)截止閥，抵抗沖刷的能力不夠，很小的內(nèi)漏都會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)溫度高。
       由于閥門(mén)內(nèi)漏的檢測(cè)手段不夠先進(jìn)，只通過(guò)檢測(cè)閥體溫度來(lái)判斷閥門(mén)是否內(nèi)漏不夠科學(xué)，很長(zhǎng)時(shí)間都認(rèn)為這個(gè)位置即使更換國(guó)內(nèi)外再好的閥門(mén)也會(huì)出現(xiàn)微小內(nèi)漏。
3、電廠(chǎng)主蒸汽系統(tǒng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)內(nèi)漏事件處理
3.1使用更可靠的電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)
       電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)更換了國(guó)內(nèi)外多個(gè)廠(chǎng)家的閥門(mén)，換來(lái)?yè)Q去溫度依舊很高，每次停機(jī)都必須檢修，拆下的閥芯、閥座的確有沖刷。修磨以后，使用3～5個(gè)月閥體溫度有160℃左右。說(shuō)明原來(lái)閥門(mén)是關(guān)閉不嚴(yán)的，存在內(nèi)漏。
       為了找到更優(yōu)的解決辦法，在2015年將#10機(jī)組，將閥4更換為湖南某公司的復(fù)合閥。然而閥體溫度依然在100℃以上，為了進(jìn)一步證實(shí)閥門(mén)是否內(nèi)漏，在一次停機(jī)時(shí)，進(jìn)行了閥門(mén)解體，取出的閥芯、閥座沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何地方被沖刷，證明閥門(mén)不內(nèi)漏，閥體溫度高另有原因。
3.2查找原因試驗(yàn)
       (1)試驗(yàn)一如圖1機(jī)組啟機(jī)時(shí)，兩個(gè)手動(dòng)閥閥2、閥3都打開(kāi)，此時(shí)電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥4也打開(kāi)，進(jìn)行疏水過(guò)程，當(dāng)達(dá)到一定負(fù)荷時(shí)，電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥4才關(guān)閉。
       正常情況下，在機(jī)組開(kāi)機(jī)后，閥2、閥3兩個(gè)手動(dòng)閥保持在開(kāi)啟狀態(tài)，閥4電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)為關(guān)閉狀態(tài)。為查找原因，將閥3手動(dòng)閥關(guān)閉，觀(guān)察電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)的溫度變化，一個(gè)多小時(shí)以后，電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥4溫度降到了常溫。當(dāng)將閥3手動(dòng)閥恢復(fù)到原來(lái)開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，管閥溫度又恢復(fù)到原來(lái)開(kāi)啟狀態(tài)。
       (2)試驗(yàn)二同試驗(yàn)一，在機(jī)組正常運(yùn)行后，閥2、閥3兩個(gè)手動(dòng)閥是開(kāi)啟狀態(tài)，閥4電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)是關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)將手動(dòng)閥閥2關(guān)閉，觀(guān)察電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)的溫度變化，過(guò)了一個(gè)多小時(shí)之后，同試驗(yàn)一結(jié)果一樣，電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)溫度也降到了常溫。
4、電廠(chǎng)主蒸汽系統(tǒng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)內(nèi)漏結(jié)果分析
4.1管閥布局分析
       (1)電動(dòng)主汽門(mén)前、門(mén)后的疏水管道A-B-C-D和E-F，當(dāng)兩個(gè)手動(dòng)截止閥閥2、閥3同時(shí)打開(kāi)，電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，A-B-C-D和E-F與電動(dòng)主汽門(mén)母管A-E形成了一個(gè)旁路通道。
       (2)旁路的F點(diǎn)是一個(gè)三通，電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥4在三通的后面，而在三通F點(diǎn)處的壓力、溫度等同于主蒸汽母管壓力、溫度，況且F點(diǎn)距離電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥4很近不足1m。
       (3)在電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥4關(guān)閉后，由于F-H管段屬于盲腸管段，此時(shí)管道內(nèi)的蒸汽通過(guò)管壁、保溫層與環(huán)境進(jìn)行熱交換，會(huì)使管段內(nèi)的過(guò)熱蒸汽凝結(jié)成水，又由于該管段是水平布置，凝結(jié)下來(lái)的水會(huì)流向F點(diǎn)。而在F點(diǎn)由于“旁路”中的蒸汽流動(dòng)，又會(huì)將流入F點(diǎn)的凝結(jié)水帶入主蒸汽母管，并在這個(gè)過(guò)程中又被汽化。此過(guò)程在管道中不斷重復(fù)進(jìn)行，這就是疏水管道F-H與電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥4溫度長(zhǎng)期偏高，一直降不下來(lái)的主要原因。
表2典型閥門(mén)密封結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)
4.2氣液兩相流疏水器試驗(yàn)結(jié)果分析
       (1)從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，關(guān)閉任意一個(gè)手動(dòng)截止閥閥2或閥3，電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥4的溫度都降到了常溫，說(shuō)明氣液兩相流疏水器閥門(mén)關(guān)閉是嚴(yán)密的，該廠(chǎng)復(fù)合閥質(zhì)量是絕對(duì)可靠的。
       (2)閥門(mén)內(nèi)漏可以根據(jù)GB/T34618-2017《蒸汽疏水系統(tǒng)在線(xiàn)閥門(mén)內(nèi)漏溫度檢測(cè)方法》標(biāo)準(zhǔn)[5]計(jì)算內(nèi)漏量，從而判斷閥門(mén)是微漏、一般泄漏、還是嚴(yán)重泄漏。
       (3)從管閥布局可以看出，只要在旁路上，關(guān)閉任意一個(gè)手動(dòng)截止閥，都能使電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥4降到常溫，因此在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，只要實(shí)現(xiàn)“旁路”隔斷，就能解決長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。
4.3疏水系統(tǒng)典型閥門(mén)優(yōu)缺點(diǎn)
       對(duì)于普通閥門(mén)來(lái)說(shuō)，密封付的結(jié)構(gòu)不外乎是平面密封結(jié)構(gòu)、錐面密封結(jié)構(gòu)、球面密封結(jié)構(gòu)、刀型密封結(jié)構(gòu)和圓柱密封結(jié)構(gòu)。對(duì)于高溫高壓疏水閥門(mén)而言，除安全因素外，更主要是關(guān)斷嚴(yán)密，經(jīng)久耐用，因此，通常密封付的結(jié)構(gòu)采用單一錐面密封或單一球面密封結(jié)構(gòu)。但由于惡劣的工況條件，單一錐面密封和球面密封的閥門(mén)，也很難做到經(jīng)久耐用，操作開(kāi)關(guān)一段時(shí)間就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)漏，只要一停機(jī)，就要安排維修或切下來(lái)更換。
       根據(jù)各密封付結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在疏水系統(tǒng)中閥門(mén)頻繁動(dòng)作的要求，上面已提到的這種復(fù)合閥印證了這種結(jié)構(gòu)理念，它采用兩道密封，一道球密封另一道是錐面密封，關(guān)斷嚴(yán)密，使用壽命長(zhǎng)。特別是在電動(dòng)閥門(mén)防止冷熱態(tài)零位遷移、防止啟機(jī)初期閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)和防止閥芯、閥座不被沖刷方面，復(fù)合閥都很好的克服了普通閥門(mén)的缺陷。
5、電廠(chǎng)主蒸汽系統(tǒng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)內(nèi)漏改進(jìn)措施
       從結(jié)果分析可以看出，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，如果不存在“旁路”或能將“旁路”隔斷，就可以達(dá)到降低閥門(mén)溫度的目的，因此得出兩種解決方案。
       (1)消除“旁路”。將系統(tǒng)增加一個(gè)閥5和部分疏水管道，見(jiàn)圖2。這樣改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了把電動(dòng)主汽門(mén)前、門(mén)后的疏水管路分開(kāi)，在去凝結(jié)汽前不形成旁路。
       (2)隔斷“旁路”。具體做法見(jiàn)圖3，既只要將任意一個(gè)手動(dòng)截止閥閥2或閥3更換成電動(dòng)閥，且保持這個(gè)電動(dòng)一次門(mén)與電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)閥4控制信號(hào)同步或使用同一個(gè)開(kāi)、關(guān)信號(hào)。
圖2消除“旁路”方案圖
       其他一些方案也能解決閥4溫度高的問(wèn)題，如將疏水管道F-H段改成垂直布置。但其它方案的經(jīng)濟(jì)性和可實(shí)現(xiàn)性都沒(méi)有上述兩種方案高。通過(guò)消除或隔斷“旁路”能夠徹底解決問(wèn)題。
圖3隔斷“旁路”方案圖
6結(jié)論
       本文通過(guò)更換閥門(mén)和進(jìn)行試驗(yàn)查明了電動(dòng)氣液兩相流疏水器閥門(mén)溫度過(guò)高的原因，并給出兩個(gè)可行的解決方案，總結(jié)出以下幾點(diǎn)為解決電廠(chǎng)閥門(mén)溫度過(guò)高問(wèn)題提供參考。
       (1)在熱機(jī)系統(tǒng)的主蒸汽疏水、主汽門(mén)前、門(mén)后疏水、高壓導(dǎo)管疏水系統(tǒng)中，以及鍋爐疏水、排污、排汽等系統(tǒng)中，在某些特定條件下，閥門(mén)溫度高，并不代表閥門(mén)內(nèi)漏，可能是由不合理的管閥布局造成的。
       (2)不合理的管閥布局如同閥門(mén)內(nèi)漏一樣，嚴(yán)重威脅機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。如在本案例中，電動(dòng)主汽門(mén)前后疏水管道AB、BC、CD相當(dāng)于一個(gè)散熱器，而疏水管道H-F段就相當(dāng)于一個(gè)凝汽器，在機(jī)組的運(yùn)行中，會(huì)造成熱能的浪費(fèi)，對(duì)電廠(chǎng)來(lái)說(shuō)是極不經(jīng)濟(jì)的。而且“旁路”的存在，會(huì)使在事故狀態(tài)下，電動(dòng)主汽門(mén)不能切斷主蒸汽，造成安全隱患。
       (3)火電廠(chǎng)熱力系統(tǒng)管閥布局不合理的問(wèn)題，大多是在火電廠(chǎng)設(shè)計(jì)、安裝時(shí)就留下來(lái)的。火電廠(chǎng)熱力系統(tǒng)管閥布局與節(jié)能是一個(gè)目前值得深入探討與研究的課題。