低旁減壓閥內漏問題分析與改進

華樹明，張振潭

（廣西防城港核電有限公司，廣西防城港 538000）

1 旁路系統概述

為了適應熱力發電機組單機容量不斷增大，蒸汽參數不斷提高，以及電網對機組的調峰能力的要求，為了解決機組啟停過程中汽輪機、鍋爐之間的協調動作，再熱器超溫保護及減少工質損失噪聲污染等問題，在中間再熱式單元機組中設置了旁路系統。

一般大型的中間再熱凝汽式機組的旁路系統分為兩級，即高壓旁路和低壓旁路。高壓旁路為鍋爐過熱器出口蒸汽經減溫減壓后到再熱器進口；低壓旁路為再熱器出口蒸汽經減溫減壓后排入凝汽器。為了有效協調鍋爐和汽輪機的運行，有效控制主、再熱器出口汽壓及旁路出口的汽溫。同時為了實現旁路功能要求，旁路系統必須具有正常情況的調節功能和異常情況的保護功能。旁路系統一般具有以下功能。

1.1 改善機組的啟動性能

在機組冷態或熱態啟動初期，當鍋爐產生的主蒸汽參數尚未達到汽機沖轉條件時，新蒸汽通過旁路系統經過再熱器再回流到凝汽器，適應蒸汽系統暖管和儲能的要求，并回收工質和熱量，同時降低噪聲。特別是在熱態啟動時，鍋爐可用較大的燃燒率，較高的蒸發量運行，加速提高汽溫，使之與汽輪機的金屬溫度狀況相匹配，盡快滿足沖轉條件。

1.2 適應機組啟動方式及參數

旁路系統能適應機組定壓運行和滑壓運行兩種方式，并配合機組控制實現調節負荷的作用。當汽機負荷低于鍋爐最低穩燃負荷時（不投油穩燃負荷），通過旁路裝置的調節，使機組允許穩定在低負荷狀態下運行。機組減負荷期間，用低壓旁路裝置調節各種負荷下中壓缸入口相應的蒸汽壓力。旁路系統在機組啟動和接帶負荷以及輔機故障減負荷、機組快速甩負荷至廠用電運行時投入使用，可以縮短啟動時間，維持機組穩定和安全運行。

單元機組采用滑參數啟動時，先以低參數沖轉，然后在啟動過程中隨著汽機暖機和帶負荷的需要不斷地調整鍋爐的汽壓、汽溫和蒸汽量，使鍋爐產生的蒸汽參數與汽機金屬溫度狀況相適應。

1.3 安全保護作用

保證機組事故時保護鍋爐所有的鍋爐受熱面（包括再熱器的冷卻）。在鍋爐點火、機組尚未沖轉前或甩負荷等工況時，汽輪機高壓缸沒有排氣來冷卻再熱器。采用旁路系統即可引入經減溫減壓后的蒸汽維持連續的蒸汽流動，使鍋爐受熱面包括再熱器能得到足夠冷卻，還避免因鍋爐受熱面過熱及內部氧化物的生成和遺留，對汽輪機葉片和閥門的硬粒子的沖擊和侵蝕。

機組正常運行時，高壓旁路裝置具有超壓安全保護的功能。一旦主蒸汽壓力超過高壓旁路裝置的設定值，高壓旁路閥快速開啟，并按照機組主蒸汽壓力進行自動調節，直到恢復正常值。

在鍋爐啟動或機組甩負荷工況下，鍋爐新蒸汽經旁路系統進入再熱器冷卻再熱器，以確保再熱器管壁不超溫以及避免再熱器干燒。

當汽機短時間故障時，機組可以實現停機不停爐運行；當電網故障發生FCB 時，機組可帶廠用電負荷運行；當主汽壓力超過規定值時，進行泄流、減壓，從而實現對機組超壓保護，這就減少甚至避免了對環境的噪聲污染，同時還可回收工質。

2 低旁減壓閥內漏情況統計

高壓（主蒸汽）和低壓（再熱蒸汽）減壓閥及其液壓控制系統均為美國CCI 公司生產的設備。

2018 年以來，低旁減壓閥出現過數次不同程度的內漏。初步統計2018 年以來的內漏數據表明，低旁減壓閥內漏問題經過長年治理，情況有所改善，但主要因機組均在長周期運行狀態，低旁減壓閥長期處于關閉狀態，沒有頻繁啟閉操作。2019 年因機組調停次數頻繁，低旁減壓閥內漏問題又凸顯出來。經機組性能試驗證明，低旁內漏問題已經成了制約機組經濟運行的頑癥。咨詢其他使用同類型低旁減壓閥的電廠，也存在同樣或類似的問題。

3 低旁減壓閥內漏問題的分析

低旁減壓閥在歷次大修中的解體情況基本相同或類似，閥芯及閥座均有被沖刷過的痕跡。可以得出，閥芯和閥座被沖刷的痕跡分布均勻，均對應閥籠孔位置。經初步分析確認，造成低旁減壓閥內漏的主要原因有以下幾點。

（1）閥門密封面的設計結構。閥座密封面位于內側錐面凸出部位，也正是高壓過熱飽和蒸汽流的直角轉折的變向點，處于閥體出口的收縮口徑部位，正是高壓汽流壓縮和加速位置。特別是在閥門即將關閉時，高壓汽流經過閥籠入口壓縮后，與閥座設定的密封面部位產生強烈摩擦和沖刷。故此部位有明顯沖刷溝痕和凹坑。這是造成低旁減壓閥發生內漏的一個主要原因。

（2）閥門結構及運行環境。低旁閥芯與閥座密封面角度均為66°的面密封結構。閥芯上表面處于高溫、高壓狀態，而閥芯下表面在低溫、真空環境中。閥芯兩側的壓差和溫差值較大，且閥桿將控制機構的液壓力傳遞至T 形閥芯的中心部位。閥座的密封面部位在內孔邊緣，閥芯的密封面在外圓偏下邊緣處。當閥芯和閥座受熱后，因閥芯設計結構形狀、金屬膨脹特性、交變應力和殘存應力的作用，致使閥芯外邊緣呈現下彎的碟狀形態趨勢，同期因閥芯外邊緣表面的張力作用，促使密封面表面產生微量變形。研磨后的密封面金屬高點層次改變，冷態研磨的密封面基點發生變化，致使密封面吻合和貼合效果降低，導致密封效果降低而產生輕微內漏。隨著沖蝕區域的逐步擴展，經過閥門閥芯后的溫度逐步上升，這與現場實際情況相符。

（3）蒸汽中攜帶的金屬雜質損傷閥芯及閥座密封面。機組啟動初期，大量的蒸汽通過低旁減壓閥直接進入凝汽器，蒸汽中攜帶的硬質顆粒不斷擊打閥芯及閥座密封面，使閥門密封面受到長時間消磨和沖蝕，密封面產生點狀和條狀沖蝕坑。在閥門關閉后，因沖蝕產生的點狀蝕坑處，成為汽水混合物進一步侵蝕的薄弱點。故解體低旁減壓閥時，發現閥芯及閥座密封面有多處凹坑。

（4）違反閥門的設計及操作標準，造成的閥門損傷。由于5%以下的開度對閥門密封面有及其強烈的沖刷破壞作用，廠家設定在此行程處進行快關的程序。但機組啟動時，運行操作人員將閥門開度設定為手動控制，因機組啟動時參數瞬態變化，為控制機組參數狀態，在此區域存在停留情況。因此，操作不當也是造成低旁減壓閥發生內漏的一個原因。

（5）閥芯及閥座堆焊材料和工藝問題。原廠家在閥芯及閥座表面堆焊的硬質合金厚度薄、硬度低，抗沖刷性能較弱，極易造成密封面沖刷情況。

（6）低旁減壓閥存在輕微程度的欠關問題。因閥體在運行中受熱膨脹，閥門內部尺寸發生微量變化，致使冷態調整定位數值與熱態數值產生偏差，造成關閉反饋出現“零點漂移”現象。

（7）維修人員技能不足。維修人員技能及經驗不足，導致安裝質量未達到標準要求，閥門聯軸器安裝尺寸產生負偏差，致使閥門油動機行程補償不足，造成閥門關閉不到位，未能形成足夠的關閉力矩，產生內漏現象。

4 低旁減壓閥內漏問題的解決

對上述問題的原因分析，逐項進行對比、測量和試驗，完成閥芯的結構分析，金屬材料延展性、強度和塑性測量、密封面堆焊處理等相關工作。根據試驗結果優化解決方案，具體措施如下：

（1）改變閥門密封面形式，以提高密封效果，降低維修難度。原廠低旁減壓閥的閥芯與閥座角度均為66°的面密封結構，對研磨胎具加工精度及誤差要求較高，對閥座修復研磨工序的操作質量要求極高，研磨合格率較低，很難達到閥門規定的標準。現將閥芯密封面的角度改為62°，閥芯與閥座密封面由面密封改為線型密封，且為上口接觸，保證閥芯與閥座密封線圓周方向接觸均勻，預留密封面下行余量，避免因閥座內孔變形引起密封不均，產生密封面內漏問題。

（2）堆焊材料采用不同硬度，促成軟、硬度材料的塑性補償能力。原廠閥門密封面堆焊材料為X19CrMoVNbN11-1（德國），均為堆焊硬密封工藝。現改為閥芯密封面為硬密封，堆焊硬質合金，硬度45 HRC 以上，閥座密封面堆焊D547，硬度在280 HB～320 HB。這樣一硬一軟，在兩個密封面接觸時可以產生一個相對補償，從而提高密封效果。

（3）提高密封面堆焊質量。焊接過程嚴格按照工藝要求進行，保證修復部件預熱、保溫、回火熱處理的溫度和時間。嚴格控制升溫速度、冷卻速度，密封面堆焊層全部進行著色探傷檢查，嚴格控制堆焊質量。

（4）嚴控密封面研磨工藝和質量。閥芯和閥座密封面經機床粗加工后，閥門密封面進行手工研磨，使其密封吻合度達到100%，并且嚴格控制密封線寬度。

（5）嚴控閥門維修質量，杜絕人因失效問題。閥門的組裝工作，嚴格按工序標準執行，增設W（現場見證點）、H（停工待檢點）數量，保證組裝工藝質量。閥門檢修和安裝后，對閥桿行程提前給予適當過關余量，避免“零點漂移”等現象而引起的閥門欠關。修改運行操作程序，規范運行人員的手動操作區間范圍，避免干擾閥門快關自動程序的執行。

采用上述方案維修后的閥門，密封面配合效果良好。經閥門在線長時間運行檢驗，以及多次機組啟停驗證，閥門未出現內漏現象，低旁減壓閥內漏問題得以解決，運行效果良好。

5 結論

低旁減壓閥的閥芯與閥座密封形式改為線型密封，閥座密封面結構位置改為上口接觸，密封面合金硬度采取硬、軟互補方式和密封面手工磨研的方法。在檢修安裝后，給予閥門一定量的過關信號，避免了閥門“零點漂移”等情況，最大限度降低了閥門出現內漏的可能性，提高了機組運行的經濟效益。