超临界直流锅炉再热减温水调节阀内漏原因及对策

        0 前言
        锅炉再热减温水调节阀是火力发电厂锅炉重要的喷水减温调节设备之一，它安装在锅炉再热器系统的喷水管道上，根据再热器管道内的蒸汽温度等信号来控制阀门开度，从而调节喷水管的进水量，使再热蒸汽的温度保持在允许的范围之内。
        福建大唐国际宁德发电有限责任公司（下称宁电）3、4号锅炉型号为HG-1900/25.4-YM4，是哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进英国三井巴布科克能源公司的锅炉技术进行设计、制造，两侧再热器冷段管道上级事故喷水减温器均采用英国ABBKentIntrol调节阀。锅炉运行过程中，再热汽温以尾部再热烟气挡板调节为主，以减温水调节为辅。再热器减温水管路的最大设计通流量为BMCR工况下再热汽流量的3%；在50%BMCR负荷下，再热器减温水管路上的电动球阀闭锁，减温水不能投用。
        从2006年机组投产到目前为止，3、4号锅炉再热减温水调节阀在每次检修中都更换阀芯密封环、阀芯，研磨阀芯、阀座。但是每次修后效果都不好，很短时间又出现内漏，大大增加了备件费用和检修人员的工作量。发生内漏后，为减少再热器减温水的漏流，需要经常关闭调节阀前电动球阀，容易造成电动头与阀杆连接销子脱落，缺陷频繁出现。通过跟踪纪录，机组在低负荷时（约300MW），左、右侧调节阀共漏流将近30，t严重降低了锅炉的经济性。    
        本文对再热减温水调节阀本身结构、运行参数等情况，进行了全面分析，找出了解决问题的办法。    
        1 调节阀内漏原因分析
        1.1 再热器减温水调节阀运行参数
        每台炉安装2套再热器减温水调节阀，其设计参数如下：
        接管规格：D76´8.5MWT；
        配管材料：SA-210C；
        设计压力/温度：18MPa/350℃；
        设计运行温度：191℃；
        减温水工作压力/温度为22MPa/220℃，减温水来水温度为150℃，最大流量为49t/h；
        再热器进/出口蒸汽压力为4.62/4.43MPa，进/出口蒸汽温度为319/569℃，再热蒸汽流量为1600t/h。
        根据设计工况，在300MW以下时，调节阀应没有流量，而实际运行过程中，阀门的流量非常可观，如表1所示。

表1 再热器减温水调节阀运行数据

        1.2 再热器减温水调节阀结构特点
        调节阀阀芯阀杆采用锻打一体式，阀芯带有平衡孔，笼式多孔降压阀套，平衡式节流结构。阀座与阀体为焊接结构，阀座环处为堆焊结构，阀座口尺寸很薄，阀座密封面为镶焊硬质合金环，结构如图1所示。    

 
图1 调节阀改造前结构

        1.3 内漏的原因分析
        （1）从运行参数上可以看出，调节阀门入口、出口压差很大，为16.0-4.0MPa，由于机组投自动，再热器减温水调节阀运行时动作频繁，造成阀芯密封面被介质冲蚀、冲刷。加上低负荷运行时长时间在小开度工作，流速过快，冲刷严重，破坏了阀门密封面，造成内漏。可以判断阀内件选材及热处理差，硬度不够。
        （2）笼式多孔降压阀套，只能起到一级节流，阀门结构不合理，流体能量未能有效消耗。阀芯上的密封圈是聚四氟乙烯制成的，由于前后压差大，导致阀芯上的密封圈容易被冲刷掉，造成内漏。
        （3）原阀座与阀体为焊接结构，阀座环处为堆焊结构，厂家出厂焊接时就会产生微裂纹，阀座焊口出现裂纹，会造成漏流。调节门开关动作频繁，阀座口环尺寸太薄，阀座口环被阀芯撑裂，造成整个阀座环易脱落，造成阀门的内漏。
        （4）一体式阀芯阀杆为了减少开门的力，在设计上有一个平衡孔，当开门时平衡孔也会产生漏流。
        2 锅炉再热减温水调节阀的改造
        通过原因分析，对调节阀进行了改造，方法如下：
        （1）为了解决阀内件选材、热处理差，硬度不够，阀座的焊接性能差造成的漏流，阀座改用0Cr17Ni4Cu4Nb材质，热处理后整体硬度提高，加厚阀座口环尺寸，耐冲蚀，强度提高。提高阀杆阀瓣的材质，材料的性能比原来的进口备件410（Cr13）提高很多。这样提高了阀门的使用寿命，防止电动头过力矩撑坏阀座口环。
        （2）为了解决再热器减温水调节阀运行动作频繁，易冲蚀阀瓣密封面，将阀门原来一级节流改为三级节流，降低每一级节流部位的压差，从而减小每级节流部位的流速，减小介质对阀瓣及阀座密封面的冲蚀，避免内漏。各级节流面积根据运行需要的参数进行计算，保证阀门改造后的调节特性和流量满足了机组运行要求。    
        下面对三级节流阀门的流量特性进行计算，阀门的流通能力KV值由公式（1）计算：
        （1）
        经过计算，可知每一级阀门的KV值和节流面积，如表2所示。

    
表2 阀门KV值和节流面积

        考虑到阀门通常在80%~85%开度即可达到全开流量，阀门的节流面积取适当设计余量，因此三级阀门的节流面积均取1.2余量，流量特性采取等百分比特性，可满足阀门在小开度下有较好的调节特性，特性曲线见图2。

图2 阀门调节特性曲线

        （3）将阀座改为活阀座，适当增强阀座口强度，阀座与阀体密封采用压缠绕垫片密封。采用活阀座后，当运行一段时间阀座被冲刷产生漏流后，截断来水前、后电动球阀，手动闸阀，可以在运行中方便地更换调整阀阀座，保证无漏流，又能节能降耗。
        （4）通过控制阀体、阀盖、节流套及阀座的轴向尺寸公差来保证缠绕垫片的压缩量，保证各配合面的同轴度及垂直度，使垫片压缩均匀，从而保证阀门无内、外漏。在加工工艺上阀芯和阀座成分子级咬合，关闭严密，完全做到了零泄漏。
        （5）原平衡式阀瓣不但密封面需要保证密封，阀瓣上的密封圈也要保证密封，这样阀门才能确保不内漏，但是密封圈是聚四氟乙烯制成的，在运行过程中很容易被介质冲刷损坏，造成阀门内漏，针对这点取消阀瓣上密封圈，减少发生内漏的概率。由于阀瓣变成不平衡结构，需加大阀门在零位开启的驱动力，大概需要增加300kN的力，经过查看电动头auam的标准，可以使用过力矩，所以电动执行机构的力是够用的。    
        （6）原阀瓣上平衡孔是保证调节阀开关自如不被卡涩的，现把阀瓣上的平衡孔取消，这样就又减少一个漏点。综合以上对阀体结构进行了改造，改造后的阀体结构如图3所示。

图3 改造后的调节阀结构图（局部）

        （7）减温水调节阀采用的是auam多回转电动执行器SA07.1-SA16.1AUMAMATIC，如图4所示。

图4 auma电动执行器

        在每次检修后对阀门行程进行核查发现，电动执行器在运行过程中会产生零点漂移的现象，即阀门电动执行机构已经发出零位指令，电动头已经不动作，但实际上阀门还没有完全关严，这时阀瓣密封面和阀座密封面之间会存在一定的间隙，介质在很大压力的作用下会以非常高的速度流过密封面，造成密封面冲蚀严重。即使电动执行器零点重新调整好，阀门还会存在内漏现象，而且会随着时间的推移，内漏量会越来越大。此外阀门密封面还需要保持一定的密封比压，才能保证密封，这需要电动执行机构在阀门关严的情况下，还必须给阀杆一定的向下作用力，才能保证密封。
        在调整阀门零位的时候，关位用电动执行机构的力矩关闭阀门，调整到力矩3档位置。在阀门关闭的时候都能确保阀门关严，而且能保证密封面有一定的密封比压，能有效避免零点漂移对阀门造成内漏的影响。
        3 结论
        通过对宁电3、4号锅炉再热减温水调节阀结构的分析和运行经验，找到发生内漏的原因，并提出了可行的改进方法。改造后的调节阀运行情况良好，机组在300MW负荷下，电动门全开，调节阀关闭，无内漏现象，使用效果良好。
        通过再热器减温水调节阀的改造，不仅延长了再热减温水调节门的使用寿命，而且降低了再热减温水调节门的维护费用。此外，由于再热减温水不再泄漏，达到了降低发电煤耗，提高了机组运行的经济性。