浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司 沈岳良

某電廠新建2×660MW超超臨界機組的鍋爐采用北京巴威公司生產(chǎn)的高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐。最低直流負荷為30%BMCR，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為汽輪機最大連續(xù)出力工況（T-MCR）蒸發(fā)量的1.03倍，采用定-滑-定方式運行。汽輪機采用上海汽輪機廠引進西門子技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界、單軸、四缸四排汽凝汽式汽輪機，其入口主蒸汽參數(shù)為28MPa/600℃/620℃，汽輪機采用定-滑-定壓運行方式。

旁路系統(tǒng)采用40%BMCR容量高低壓二級串聯(lián)旁路裝置，旁路系統(tǒng)的作用是協(xié)調(diào)汽輪機與鍋爐之間的運行，除回收工質(zhì)、消除噪聲、保護再熱器的安全運行外，還可使機組在冷態(tài)、熱態(tài)、滑壓和定壓等各種不同方式下啟動；在電網(wǎng)或機組故障時，旁路系統(tǒng)起保護作用，使機組快速甩負荷，并在短時間內(nèi)低負荷運行，帶廠用電［1］。2020年9月首臺機組在整套啟動調(diào)試過程中高、低旁路閥多次發(fā)生閥座和閥芯卡澀故障。解體后發(fā)現(xiàn)高低壓旁路閥的閥芯外表面和閥蓋內(nèi)表面均存在不同程度的卡澀拉毛損壞現(xiàn)象。

1 原因分析

旁路閥閥芯結(jié)構(gòu)為鼠籠型式，閥座和閥芯配合為帶預(yù)啟閥功能的插入式結(jié)構(gòu)（圖3），閥座和閥芯之間的間隙單邊為0.5mm左右。高低旁路閥在機組啟動前的開啟、關(guān)閉冷態(tài)調(diào)試都很正常，熱態(tài)啟動后才發(fā)生卡澀故障。分析造成卡澀的主要原因有以下幾個方面。

圖1 高旁閥損壞情況

圖2 低旁閥損壞情況

圖3 旁路閥結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 閥前管路系統(tǒng)內(nèi)存在雜質(zhì)、硬金屬異物

硬質(zhì)金屬異物主要來源于主蒸汽及再熱蒸汽系統(tǒng)，機組在整套啟動前雖已嚴格按照相關(guān)標(biāo)準及要求對鍋爐受熱面等進行了沖管吹掃并打靶檢查合格。但因系統(tǒng)復(fù)雜，不可避免留有吹掃死角，無法將鍋爐側(cè)的死角異物徹底吹掃干凈［2］（圖4）。另外由于沖管吹掃時旁路閥本體未安裝，前后管路被短接。因此旁路閥安裝完畢后，閥門前后局部管道內(nèi)壁存在清潔度較差現(xiàn)象。

圖4 旁路閥蓋內(nèi)積存硬質(zhì)金屬異物

1.2 閥組自身結(jié)構(gòu)特性原因造成

通過對旁路閥閥蓋內(nèi)表面及閥芯外表面硬度測試及查閱廠家制造說明書等相關(guān)出廠資料得知，旁路閥閥蓋及閥芯僅進行了調(diào)質(zhì)處理，沒有進行表面硬化處理。另一方面，從圖3旁路閥結(jié)構(gòu)示意圖中可知，當(dāng)旁路閥前管道啟壓時閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。介質(zhì)首先通過圖3中4-4的彈性金屬導(dǎo)向密封環(huán)后進入閥蓋與閥芯之間的腔室，對預(yù)啟閥加壓，確保整閥關(guān)閉嚴密。因此部分顆粒度大于0.5mm的硬質(zhì)金屬異物會積聚在主閥芯前，而小于0.5mm的雜質(zhì)積聚在彈性金屬導(dǎo)向密封環(huán)前。當(dāng)主閥閥門開度較小時，雜質(zhì)如果未能及時從主通道沖走，在閥蓋與閥芯之間縫隙內(nèi)會不斷積聚，從而拉毛損壞閥蓋及閥芯表面，造成閥門卡澀故障。

2 處理方法及對策

從上述原因分析可知，旁路閥前管路系統(tǒng)內(nèi)積存的雜質(zhì)及硬金屬異物是引起閥門卡澀的主要原因，但由于系統(tǒng)原因又無法徹底消除。因此只能從閥門本身的優(yōu)化改造及運行調(diào)整方面著手解決。

2.1 對閥蓋和閥芯損壞部位補焊并進行熱處理和PT檢測

由于閥蓋和閥芯組件均采用同一種材質(zhì)F92制造，當(dāng)異物嵌入間隙卡澀時極易發(fā)生粘連擴大損傷面。因此在閥蓋內(nèi)側(cè)配合面堆焊一層STELLITE #6硬質(zhì)合金材料，使閥蓋和閥芯配合面形成異種金屬，同時增加了閥蓋內(nèi)側(cè)配合面材料的表面硬度。

2.2 對閥芯外表面進行滲氮處理

圖5 缺損部位補焊F92材料

2.3 改進彈性金屬導(dǎo)向密封環(huán)的材料

將彈性金屬導(dǎo)向密封環(huán)更換成碳素材料導(dǎo)向密封環(huán)，增強潤滑性、減小摩擦力。

2.4 對旁路運行控制策略進行優(yōu)化調(diào)整

圖7 閥芯外表面滲氮工藝表

圖8 閥芯外表面滲氮前后

旁路預(yù)啟閥的開度為整閥總行程的7～8%左右，機組啟動后為盡快把閥前積存的雜質(zhì)沖走，旁路閥第一次開閥的開度不宜過小，但為保護旁路后的管道、防止振動，第一次開閥開度也不宜過大。由于高低旁閥門的閥芯直徑相差較大，同樣閥門開度下的通流面積也相差較大，因此低旁閥的最小開度值可以設(shè)置得相對小一些。把高低旁路運行控制策略調(diào)整為：高旁啟動模式投入，高旁會自動開至最小開度15%，等待機前主汽壓力緩慢升壓至1MPa，當(dāng)機前主汽壓力升至1MPa時，高旁閥將隨主汽流量增大而逐漸開大，以維持機前壓力不變，高旁閥逐漸開大至30%開度后，高旁閥會自動轉(zhuǎn)入“壓力爬坡”模式。

圖9 導(dǎo)向密封環(huán)更換前后

在壓力爬坡模式下，高旁閥維持30%開度不變，隨著鍋爐燃料量的增加，機前壓力緩慢上升至沖轉(zhuǎn)壓力，高旁閥自動轉(zhuǎn)入“定壓模式”。高旁閥在定壓模式下，控制機前壓力，此時高旁閥最大開度仍維持在30%開度，即使主蒸汽壓力隨鍋爐燃燒的增加而增大，高旁閥開度也不會隨之增大。此時可改變壓力爬坡的定值（7.5MPa左右）并重新投入啟動模式，使高旁重新進入壓力爬坡模式，直到主汽壓力到達并網(wǎng)壓力（7.5MPa左右），再轉(zhuǎn)入定壓模式。低旁投自動后低旁閥會自動開至最小開度10%，此時的控制方式為“定壓模式”，以控制再熱器壓力?？梢酝ㄟ^改變低旁閥的定壓自動控制值來改變再熱蒸汽壓力。

通過對旁路閥結(jié)構(gòu)和運行方式的優(yōu)化調(diào)整，機組順利通過了168小時滿負荷連續(xù)試運行考核，沒有再出現(xiàn)旁路閥卡澀現(xiàn)象，為后續(xù)新建機組建設(shè)提供了一些有益的探索。