徐 春

(浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責任公司 設備部，浙江 寧波 315722)

1 設備的基本情況

某電廠機組鍋爐采用哈爾濱鍋爐有限責任公司與三井巴布科克(MB)公司合作設計制造的超臨界本生(Benson)直流鍋爐，型號為HG-1890/25.4-YM4,采用一次中間再熱、滑壓運行，配內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)，固態(tài)排渣、單爐膛、平衡通風、Π型布置、全鋼構架懸吊結構、露天布置。最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 890 t/h，過熱器蒸汽出口溫度為571 ℃，再熱器蒸汽出口溫度為569 ℃，給水溫度為283.7 ℃,主汽壓力為25.4 MPa，再熱蒸汽壓力為4.64 MPa。

在兩根主蒸汽管道上對稱布置有6只彈簧安全閥和2只VTI動力驅(qū)動泄放閥(ERV)。其中，動力驅(qū)動泄放閥的整定壓力比彈簧安全閥的整定壓力低，這樣可在過熱蒸汽側超壓時首先動作，起到先期警報的作用。ERV閥的具體參數(shù)如表1所示。

表1 ERV閥的相關參數(shù)

2 VTI球閥的結構與工作原理

2.1 VTI球閥的結構特點

VTI球閥的結構較為簡單，便于拆卸、維修，如圖1所示。

由圖1可知，VTI球閥的結構具有以下特點：

1)球閥采用雙閥座結構，入口閥座采用活動式結構，對閥芯起到支撐作用；出口閥座位于出口排氣管處，材質(zhì)為司太立硬質(zhì)合金，起到真正的密封作用[1-2]。

2)出口排氣管與閥體的密封采用金屬“八角墊”進行密封，如圖1所示。同時，該墊片在閥門解體檢修回裝時，起到出口排氣管軸線找正的作用，便于現(xiàn)場的安裝。由于只采用一道金屬墊密封，該部位在機組運行中容易產(chǎn)生泄漏。

3)球閥出口排氣管與大氣直接相連，使得VTI閥在動作過程中，排氣管中的雜質(zhì)直接落到密封面上造成球閥關閉不嚴，產(chǎn)生內(nèi)漏。

4)由于VTI球閥一般布置在主蒸汽管道上，為滿足高溫高壓的要求，材質(zhì)選用A182-F91。因此，焊接后需要進行熱處理。但是閥門焊接端直段極短，熱處理困難。

①閥球；②密封圈；③蝶形彈簧；④閥桿；⑤填料壓蓋；⑥填料壓蓋彈簧墊片；⑦填料壓蓋螺母；⑧格蘭螺栓；⑨出口排氣管；⑩閥體；閥體墊片

圖1VTI球閥的結構

2.2 VTI球閥的工作原理

VTI球閥由帶電動或氣動執(zhí)行機構的主閥和控制部分(包括壓力變送器/開關、就地控制箱)組成，如圖2所示。

當系統(tǒng)壓力達到泄放閥的開啟設定壓力時，控制系統(tǒng)內(nèi)部電路接通，繼電器閉合，使電磁閥開始供電，通過氣動或電動執(zhí)行機構將閥門打開；當系統(tǒng)壓力降低到閥門的關閉設定壓力時，再通過氣動或電動執(zhí)行機構使閥門關閉[3]。

圖2 VTI球閥的控制結構

當鍋爐系統(tǒng)開始超壓，達到動力泄放閥設定開啟壓力時，動力泄放閥打開，向外排放蒸汽，降低系統(tǒng)壓力，為鍋爐提供了超壓保護。動力泄放閥打開后，避免在鍋爐超壓時，壓力繼續(xù)升高而導致安全閥起跳，延長安全閥使用壽命。

3 VTI球閥泄漏的原因分析與治理

3.1 VTI球閥閥體法蘭泄漏與治理

1)泄漏現(xiàn)象

由于閥體與出口排氣管采用金屬“八角墊”單一密封，出現(xiàn)金屬八角墊安裝不正確或八角墊沖刷損壞，導致法蘭密封面蒸汽外漏的情況，如圖3所示。

2)處理方案

①在出口端蓋上增加一道密封，提高了法蘭端面密封的嚴密性，采用金屬密封墊+金屬纏繞墊的密封形式，如圖4所示，提高了法蘭端面的靜密封能力，增加密封力。

②更換閥體螺栓，采用更高等級材質(zhì)的螺栓，增加了密封強度，提高了密封力，密封效果增強[4-5]。

圖3 VTI球閥閥體法蘭泄漏

3.2 VTI球閥閥體法蘭密封改造的校核計算

VTI球閥閥體法蘭面如圖5所示，其中閥體端面加工密封面的尺寸為φ95×φ80,厚度為2.2 mm。

圖4 VTI球閥閥體改造后的密封結構

圖5 VTI球閥閥體端蓋改造的密封情況

按照《GB/T 150.3-2011 壓力容器》的相關內(nèi)容，對改造的密封面進行強度校核計算。具體過程如下：

1)VTI閥的工作壓力為25.4 MPa，工作溫度為578 ℃。

3)墊片的有效密封b

①當b0≤6.4 mm時，取b=b0。

4)墊片壓緊力作用中心圓直徑DG

②當b0>6.4 mm時，取DG等于墊片接觸的外徑減去2b。

5)金屬纏繞墊的特性參數(shù)

墊片系數(shù)m=3，墊片比壓力y=69。

6)墊片壓緊力

①預緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力按下式計算：

FG=Fa=3.14DGby=61 260.615 N

②操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力按下式計算：

FG=FP=2×3.14DGbmPc

式中，Pc為工作壓力25.4 MPa。

FG=Fa=3.14DGbmPc=135 306.054 N

7)螺栓載荷

①預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按下式計算：

Wa=Fa=3.14DGby=61 260.615 N

②操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按下式計算：

Wp=F+Fp=0.785DGPc+
6.28DGbmPc=286 224.345N

8)常溫狀態(tài)下inconel-718材質(zhì)螺栓的許用應力[σ]b=345 MPa，設計溫度下inconel-718材質(zhì)螺栓的許用應力[σ]bt=218 MPa[7]。

9)螺栓面積

①預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積按下式計算：

Aa=Wa/[σ]b=61 260.615/345=177.567 mm2

②操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積按下式計算：

Ap=Wp/[σ]bt=1 312.96 mm2

③需要的螺栓面積Am取Aa與Ap之間的較大值：

Am=1 312.96 mm2

④實際螺栓面積Ab應不小于需要的螺栓面積Am，其中螺栓外徑為16 mm，則：

Ab=8πd2/4=1 607.68 mm2

綜上所述，螺栓采用inconel-718材質(zhì)，數(shù)量為8條，能滿足ERV閥的工作要求(壓力為25.4 MPa，工作溫度為578 ℃)。

3.3 VTI球閥內(nèi)漏原因分析與治理

1)泄漏現(xiàn)象

機組負荷為600 MW，主汽溫度為570 ℃，主汽壓力為27.2 MPa，達到左側主蒸汽管道ERV閥動作值為27 MPa，此時VTI球閥動作，系統(tǒng)壓力降低，VTI球閥關閉。閥門關閉1 h后，測量球閥出口排氣管溫度達到85 ℃，判斷球閥出現(xiàn)內(nèi)漏。

2)原因分析

現(xiàn)場檢查VTI球閥動作前，閥門運行正常，排氣管溫度為30 ℃(環(huán)境溫度為25 ℃)。動作后，閥門出口溫度升高達到85 ℃，閥門出現(xiàn)內(nèi)漏。判斷球閥動作過程中排氣管壁的雜物進入閥門密封面，導致閥門關不嚴，產(chǎn)生內(nèi)漏。

由于VTI球閥疏水盤上部的排氣管采用Q235材質(zhì)，露天長時間運行導致排氣管內(nèi)壁有大量的鐵銹，閥門動作后，隨著管壁的震動鐵銹脫落，鐵銹卡在球閥密封面處，最終導致VTI球閥內(nèi)漏。

3)治理方案

由于排氣管采用Q235材質(zhì)，露天長時間運行容易產(chǎn)生大量鐵銹，因此可以更換316L不銹鋼材質(zhì)，防止排氣管生銹。

4 改造后的運行效果

對于改造后的VTI球閥，當出現(xiàn)主蒸汽壓力超壓，達到閥門動作值，VTI球閥動作時，出口排氣管法蘭面密封嚴密未出現(xiàn)泄漏的情況，運行狀態(tài)最佳，設備的可靠性提高。

同時，將VTI球閥出口排氣管更換為316L不銹鋼材質(zhì)后，閥門動作以后未出現(xiàn)內(nèi)漏的情況。

5 結 論

VTI球閥出口法蘭端面采用金屬八角墊單密封形式，若出現(xiàn)八角墊損壞，容易出現(xiàn)閥門外漏的情況，通過對端面密封面的改造，進行強度校核計算，有效地治理了VTI球閥外漏的缺陷。同時，對于VTI球閥的內(nèi)漏治理，采用更換出口排氣管的材質(zhì)，減少了外界雜質(zhì)對閥門密封面的損壞，提高了設備的利用率，保證了設備的安全運行。同時，也為同類型機組的設備改造提供了寶貴意見。

[1] 張衛(wèi)軍.鍋爐HPV閥的故障分析及改造建議[J].電力技術，2009(6)：54-57.

[2] 申景泉，方春暉，郭忠安，等.300 MW機組鍋爐電磁泄放閥增壓式輔助閥的研制與應用[J].電站系統(tǒng)工程，2003,19(6)：28-29.

[3] 麻巖松.淺析鍋爐動力驅(qū)動泄放閥(PCV閥)發(fā)展趨勢[J].電站信息，2012(4)：59-61.

[4] 沈坤新.電動釋放閥的泄漏原因及處理[J].閥門，2001(3)：35-37.

[5] 魏承利.分析閥門泄漏原因和改進措施[J].一重技術，2005(5)：57-58.

[6] 全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會.GB/T 150.3-2011.壓力容器[S].

[7] 姜求志，王金瑞.火力發(fā)電廠金屬材料手冊[M].北京：中國電力出版社，2001.