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        650MW 機組汽動給水泵再循環(huán)調(diào)閥內(nèi)漏原因分析及對策

        2021-11-24 05:50:20
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年32期
        關(guān)鍵詞:調(diào)節(jié)閥閥門

        黃 俊

        (國能黃金埠發(fā)電有限公司,江西 余干 335101)

        國家能源集團某發(fā)電公司建設(shè)有2 臺650MW 超臨界發(fā)電機組,2007 年雙機投產(chǎn),機組配備2 臺50%容量的汽動給水泵和1 臺35%容量的電動給水泵,機組正常運行中2 臺汽泵運行,電泵備用,各泵分別配有最小流量再循環(huán)調(diào)節(jié)閥,均為美國COPES 公司產(chǎn)品,調(diào)節(jié)閥安裝為水平布置。該公司機組自投產(chǎn)以來,4 臺給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥頻繁出現(xiàn)內(nèi)漏,嚴重影響機組安全經(jīng)濟性運行,且2 臺機最小流量調(diào)節(jié)閥每年維護費居高不下,閥芯組件經(jīng)過約2-3 次修復(fù)后,材質(zhì)變軟,就需要更換新閥芯組件。據(jù)了解,該現(xiàn)象在其他電廠也多次發(fā)生,本文根據(jù)4 臺調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)性能,使用介質(zhì)及環(huán)境進行了系統(tǒng)性分析,希望能為同類型機組提供參考。

        1 最小流量再循環(huán)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)性特征

        這種閥門主要在美國生產(chǎn),由COPES VULCAN(考布斯)公司設(shè)計,整體外觀獨特,有著自身的特征。

        1.1 采取多極套筒閥芯結(jié)構(gòu)

        這種設(shè)計防氣蝕、降噪音、耐沖刷,在不同的大壓差環(huán)境中,能夠根據(jù)不同的條件,充分利用逐級降壓的運轉(zhuǎn)方式,全面控制好介質(zhì)流速的問題,保證了設(shè)備的穩(wěn)定安全。

        1.2 采取雙層密封設(shè)計

        整體設(shè)計密閉性良好,對不同的環(huán)境都有耐受性,獨特雙閥塞聯(lián)動裝置是其最為主要的特點,內(nèi)層閥塞和金屬閥座間有一層金屬密封的裝置,而在外層閥塞和軟閥座間也有一層軟密封設(shè)計。整體上看,其密閉性能非常良好,閥門開啟或者進行關(guān)閉的時候,在瞬間運轉(zhuǎn)的情況下,始終以金屬密封進行節(jié)流,有效起到了保護作用,因此,不論環(huán)境條件怎么改變,軟密封不受沖刷的破壞,避免出現(xiàn)設(shè)備的故障,特別是兩閥塞在耐高溫及高壓彈簧聯(lián)動的運行情況下,更起到了良好的保護作用。

        1.3 流體流動方向巧妙

        主要是按照由內(nèi)向外流的方式進行設(shè)計,通過這樣的設(shè)計,有效提高了閥門的功能;如果在打開位置,那么最小流量閥就能夠起到減壓作用,有效解決了快速開啟時出現(xiàn)的壓力差;多級減壓設(shè)計,穩(wěn)定了流體經(jīng)過閥座時的流速,這樣才能保證以最低限度進行流動,避免出現(xiàn)流體對閥座沖刷。D/C-V 最小流量閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計有效提高了閃蒸出現(xiàn)的多級壓力,使不同層級壓力得到緩解,避免了出現(xiàn)出口壓力過大的問題,閃蒸流體沒有經(jīng)過閥座,則不會對閥座產(chǎn)生影響,避免出現(xiàn)長期使用后容易形成的沖刷危害。這種設(shè)計對小開度工況有更好的功能,其特征呈現(xiàn)更加明確,閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1。

        圖1 閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)

        2 最小流量再循環(huán)調(diào)節(jié)閥作用

        給水泵啟動以后,一般情況下,出水閥還沒有進行快速啟動,此時外界負荷會全面減少,導(dǎo)致機組低負荷運行,泵內(nèi)只有少量或根本沒有水通過,則會導(dǎo)致葉輪空轉(zhuǎn)摩擦,熱能不能及時排除,泵內(nèi)溫度明顯升高,對設(shè)備運行產(chǎn)生影響。據(jù)統(tǒng)計,泵內(nèi)溫度如果超過警示壓力,達到設(shè)計值的飽和溫度,那么給水則會導(dǎo)致汽化現(xiàn)象,造成設(shè)備出現(xiàn)汽蝕問題,只有全面做好設(shè)備的養(yǎng)護才能更好地保證設(shè)備穩(wěn)定運行,為防止故障出現(xiàn),則要保證水泵給水流量減小到標準狀態(tài),這樣再打開再循環(huán)管,一部分給水流量返回除氧器,只有保證泵內(nèi)有足夠水通過,才能使產(chǎn)生的熱量被水帶出,避免出現(xiàn)泵內(nèi)摩擦熱量過大導(dǎo)致的汽化現(xiàn)象。

        3 給水泵小流量再循環(huán)閥控制方法

        3.1 開關(guān)式控制

        開關(guān)式控制有著自身的優(yōu)勢,可以通過開關(guān)進行調(diào)節(jié),有效提升設(shè)備的穩(wěn)定性,這種方式的優(yōu)點在于簡單控制、操作靈活,但是在使用過程中,也出現(xiàn)了不良反應(yīng)。其缺點在于開關(guān)式閥不能連續(xù)進行系統(tǒng)的調(diào)節(jié),開關(guān)閥門往往會產(chǎn)生巨大的壓力,水泵出口壓力和下游流量會形成大的沖擊和擾動。

        3.2 連續(xù)式控制

        只有全面提高經(jīng)濟性,才能避免運轉(zhuǎn)成本增長,更好地維護經(jīng)濟效益。給水流量調(diào)節(jié)如果趨于穩(wěn)定,則會更好地實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益,為了保證設(shè)備穩(wěn)定,則需要對再循環(huán)閥進行控制設(shè)計,通過連續(xù)式控制全面提高調(diào)節(jié)的作用,其優(yōu)勢非常明顯,通過良好的設(shè)計減少對下游流量的擾動。這種設(shè)計雖然解決了運行的故障問題,但環(huán)節(jié)控制就變得復(fù)雜起來,運轉(zhuǎn)時也多了一個控制環(huán)節(jié)。再循環(huán)閥連續(xù)控制法包括單一曲線函數(shù)控制、PID 調(diào)節(jié)控制和回滯函數(shù)控制三個部分。

        3.2.1 單一曲線函數(shù)控制

        單一曲線函數(shù)F(x),直接列出給水泵入口流量和再循環(huán)閥開度指令,形成穩(wěn)定的關(guān)系曲線,這樣的控制法在機組運行時會出現(xiàn)大的動作,整體閥門頻繁運行,其幅度也較大,如果閥門開關(guān)瞬間出現(xiàn)水流量波動的問題,繼而流量波動又影響到了閥門動作,則會導(dǎo)致整個給水系統(tǒng)出現(xiàn)無頻震蕩,設(shè)備運轉(zhuǎn)極不穩(wěn)定安全。

        3.2.2 PID 調(diào)節(jié)控制

        PID 調(diào)節(jié)用單沖量、閉環(huán)反饋控制,保證再循環(huán)閥的安全啟動,PID 調(diào)節(jié)器主要是由給水泵入口最小流量決定的,以其流量值與實際入口量差為標準進行設(shè)計,輸出再循環(huán)閥開度控制指令后,才能保證最小流量連續(xù)控制的實現(xiàn)。PID 調(diào)節(jié)器法非常簡單,但是操作過程中,也容易出現(xiàn)給水系統(tǒng)不同負荷區(qū)域難以把握的問題,如果SG 負荷變化大,就會出現(xiàn)PID 調(diào)節(jié)器過調(diào),水系統(tǒng)擾動就會增加。

        3.2.3 回滯函數(shù)控制

        F1(x)與F2(x)間隙區(qū)域表明了再循環(huán)閥關(guān)閉與開啟方向轉(zhuǎn)換間隙,其大小代表了開度,如果處在這種標準的間隙范圍內(nèi),其整體流量出現(xiàn)變化就不會影響到閥門開度。也就是說,增加具有非線性間隙環(huán)節(jié),有效解決了流量測量誤差及給水流量波動的干擾。

        4 閥門內(nèi)漏分析

        該閥設(shè)計既然如此合理,為什么會經(jīng)常內(nèi)漏呢?帶著這一問題,我們在2 臺給水泵再循環(huán)調(diào)閥后增加了溫度測點(見表1),以監(jiān)視調(diào)節(jié)閥泄漏情況,調(diào)節(jié)閥檢修后,機組運行約2-3 個月,該閥后溫度較除氧器溫度低10℃左右,之后,該點溫度逐步向除氧器溫度靠近,直到等溫,就地對該閥聽音,明顯有漏流聲,由此判斷該閥內(nèi)漏;對閥門進行了解體檢查,檢查中發(fā)現(xiàn):該閥閥座密封金屬纏繞墊片吹損,閥座軟密封和硬密封吹損,影響機組接帶高負荷,具體見圖2。

        圖2 閥芯組件吹損

        表1 汽泵再循環(huán)調(diào)門溫差統(tǒng)計表

        由于該閥關(guān)閉狀態(tài)前后壓差大(16-30MPa),在低負荷區(qū)域頻繁動作且開度較小,極易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象,當(dāng)汽蝕點貫穿閥芯密封面后,會形成局部小流量漏流;在閥門開關(guān)過程中,閥芯密封面偶爾還會存在細小顆粒,導(dǎo)致密封效果不佳;若受氣動執(zhí)行機構(gòu)的關(guān)閉力無法滿足關(guān)閉要求等因素影響,汽蝕現(xiàn)象加劇形成惡性循環(huán),造成大面積吹損現(xiàn)象。內(nèi)漏的形成有著一致性,因此,對該閥布置進行了分析,具體見圖3。

        圖3 給水泵再循環(huán)閥門布置圖

        機組運行中電動隔離閥和手動隔離閥處于常開狀態(tài);機組額定負荷,給水泵出口壓力30MPa,除氧器壓力0.85MPa,晚峰是50%負荷,給水泵出口壓力16MPa,除氧器壓力0.4MPa;由此,再循環(huán)調(diào)閥前后壓差約16-30MPa,給水流量<500t/h,再循環(huán)調(diào)閥逐步開啟,在小開度時,給水在閥芯密封位置極易產(chǎn)生汽化,閥芯密封受損,閥門關(guān)閉后,在前后壓差作用下,閥芯密封繼續(xù)吹損裂化,最后密封面徹底損壞,導(dǎo)致閥門內(nèi)漏擴大,影響機組安全經(jīng)濟運行。

        5 防止再循環(huán)調(diào)閥內(nèi)漏措施

        (1)給水流量<500t/h,再循環(huán)調(diào)閥初步開啟的閥位設(shè)置在20%,減少小開度時閥芯吹損。

        (2)將再循環(huán)調(diào)閥后手動閥改成快速氣動隔離閥,在給水流量≥500t/h,關(guān)閉氣動隔離閥,使再循環(huán)調(diào)閥前后壓力為零,杜絕再循環(huán)調(diào)閥前后壓差大狀態(tài)下加快閥芯密封損壞的現(xiàn)象,延長使用壽命。

        6 改造實施

        2020-2021 年,利用2 臺機組大修的機會,將2 臺汽泵的再循環(huán)調(diào)閥后手動閥更換成快速氣動隔離閥,改造的實施在大修期間順利完成,并進行了相關(guān)邏輯修改及運行要求,見圖4。

        圖4 給水泵再循環(huán)閥門改造布置圖

        (1)汽動給水泵異常跳泵,汽泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥和氣動隔離閥同時動作開啟。

        (2)機組運行中單臺汽泵出口流量<500t/h,聯(lián)鎖開啟氣動隔離門;單臺汽泵出口流量≥600t/h,運行人員根據(jù)實際情況手動關(guān)閉氣動隔離門。

        (3)在給水泵運行過程中2 個閥需要關(guān)閉時,盤中手動先關(guān)再循環(huán)調(diào)節(jié)閥,再關(guān)氣動隔離閥。

        (4)2 個閥需要打開時,應(yīng)先全開氣動隔離閥再開調(diào)節(jié)閥。

        (5)每半個月在機組負荷≤350MW 下對再循環(huán)調(diào)節(jié)閥和氣動隔離閥分別進行一次活動試驗。

        (6)啟、停機前,先開啟氣動隔離閥,再對再循環(huán)調(diào)節(jié)閥進行操作。

        7 改造效果

        在2 臺機組大修結(jié)束,機組啟動運行,4 臺給水泵快速啟動隔離閥運行正常;經(jīng)過連續(xù)6 個月跟蹤檢查給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥閥后溫度,該點溫度較除氧器溫度低70℃以上;約半年后利用臨停機會對再循環(huán)調(diào)節(jié)閥解體檢查,閥芯組件完好無損,改造效果顯著。經(jīng)測算,每年可節(jié)約修理費20 萬元,機組的安全性和經(jīng)濟性均得到了保障。

        8 結(jié)束語

        目前,大多數(shù)火力發(fā)電廠的給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥均是進口閥,且存在不同程度的內(nèi)漏,影響了機組安全經(jīng)濟運行,在機組無法停機時,關(guān)調(diào)節(jié)閥前電動門運行,給給水泵帶來極大的安全隱患;停機時頻繁解體調(diào)節(jié)閥,對閥芯組件修復(fù)或更換閥芯組件,增加了維護費用,本廠在對給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥后手動隔離閥進行了換型嘗試值得有類似情況的電廠借鑒。

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