低旁减压阀内漏问题分析与改进

华树明，张振潭

（广西防城港核电有限公司，广西防城港 538000）

1 旁路系统概述

为了适应热力发电机组单机容量不断增大，蒸汽参数不断提高，以及电网对机组的调峰能力的要求，为了解决机组启停过程中汽轮机、锅炉之间的协调动作，再热器超温保护及减少工质损失噪声污染等问题，在中间再热式单元机组中设置了旁路系统。

一般大型的中间再热凝汽式机组的旁路系统分为两级，即高压旁路和低压旁路。高压旁路为锅炉过热器出口蒸汽经减温减压后到再热器进口；低压旁路为再热器出口蒸汽经减温减压后排入凝汽器。为了有效协调锅炉和汽轮机的运行，有效控制主、再热器出口汽压及旁路出口的汽温。同时为了实现旁路功能要求，旁路系统必须具有正常情况的调节功能和异常情况的保护功能。旁路系统一般具有以下功能。

1.1 改善机组的启动性能

在机组冷态或热态启动初期，当锅炉产生的主蒸汽参数尚未达到汽机冲转条件时，新蒸汽通过旁路系统经过再热器再回流到凝汽器，适应蒸汽系统暖管和储能的要求，并回收工质和热量，同时降低噪声。特别是在热态启动时，锅炉可用较大的燃烧率，较高的蒸发量运行，加速提高汽温，使之与汽轮机的金属温度状况相匹配，尽快满足冲转条件。

1.2 适应机组启动方式及参数

旁路系统能适应机组定压运行和滑压运行两种方式，并配合机组控制实现调节负荷的作用。当汽机负荷低于锅炉最低稳燃负荷时（不投油稳燃负荷），通过旁路装置的调节，使机组允许稳定在低负荷状态下运行。机组减负荷期间，用低压旁路装置调节各种负荷下中压缸入口相应的蒸汽压力。旁路系统在机组启动和接带负荷以及辅机故障减负荷、机组快速甩负荷至厂用电运行时投入使用，可以缩短启动时间，维持机组稳定和安全运行。

单元机组采用滑参数启动时，先以低参数冲转，然后在启动过程中随着汽机暖机和带负荷的需要不断地调整锅炉的汽压、汽温和蒸汽量，使锅炉产生的蒸汽参数与汽机金属温度状况相适应。

1.3 安全保护作用

保证机组事故时保护锅炉所有的锅炉受热面（包括再热器的冷却）。在锅炉点火、机组尚未冲转前或甩负荷等工况时，汽轮机高压缸没有排气来冷却再热器。采用旁路系统即可引入经减温减压后的蒸汽维持连续的蒸汽流动，使锅炉受热面包括再热器能得到足够冷却，还避免因锅炉受热面过热及内部氧化物的生成和遗留，对汽轮机叶片和阀门的硬粒子的冲击和侵蚀。

机组正常运行时，高压旁路装置具有超压安全保护的功能。一旦主蒸汽压力超过高压旁路装置的设定值，高压旁路阀快速开启，并按照机组主蒸汽压力进行自动调节，直到恢复正常值。

在锅炉启动或机组甩负荷工况下，锅炉新蒸汽经旁路系统进入再热器冷却再热器，以确保再热器管壁不超温以及避免再热器干烧。

当汽机短时间故障时，机组可以实现停机不停炉运行；当电网故障发生FCB 时，机组可带厂用电负荷运行；当主汽压力超过规定值时，进行泄流、减压，从而实现对机组超压保护，这就减少甚至避免了对环境的噪声污染，同时还可回收工质。

2 低旁减压阀内漏情况统计

高压（主蒸汽）和低压（再热蒸汽）减压阀及其液压控制系统均为美国CCI 公司生产的设备。

2018 年以来，低旁减压阀出现过数次不同程度的内漏。初步统计2018 年以来的内漏数据表明，低旁减压阀内漏问题经过长年治理，情况有所改善，但主要因机组均在长周期运行状态，低旁减压阀长期处于关闭状态，没有频繁启闭操作。2019 年因机组调停次数频繁，低旁减压阀内漏问题又凸显出来。经机组性能试验证明，低旁内漏问题已经成了制约机组经济运行的顽症。咨询其他使用同类型低旁减压阀的电厂，也存在同样或类似的问题。

3 低旁减压阀内漏问题的分析

低旁减压阀在历次大修中的解体情况基本相同或类似，阀芯及阀座均有被冲刷过的痕迹。可以得出，阀芯和阀座被冲刷的痕迹分布均匀，均对应阀笼孔位置。经初步分析确认，造成低旁减压阀内漏的主要原因有以下几点。

（1）阀门密封面的设计结构。阀座密封面位于内侧锥面凸出部位，也正是高压过热饱和蒸汽流的直角转折的变向点，处于阀体出口的收缩口径部位，正是高压汽流压缩和加速位置。特别是在阀门即将关闭时，高压汽流经过阀笼入口压缩后，与阀座设定的密封面部位产生强烈摩擦和冲刷。故此部位有明显冲刷沟痕和凹坑。这是造成低旁减压阀发生内漏的一个主要原因。

（2）阀门结构及运行环境。低旁阀芯与阀座密封面角度均为66°的面密封结构。阀芯上表面处于高温、高压状态，而阀芯下表面在低温、真空环境中。阀芯两侧的压差和温差值较大，且阀杆将控制机构的液压力传递至T 形阀芯的中心部位。阀座的密封面部位在内孔边缘，阀芯的密封面在外圆偏下边缘处。当阀芯和阀座受热后，因阀芯设计结构形状、金属膨胀特性、交变应力和残存应力的作用，致使阀芯外边缘呈现下弯的碟状形态趋势，同期因阀芯外边缘表面的张力作用，促使密封面表面产生微量变形。研磨后的密封面金属高点层次改变，冷态研磨的密封面基点发生变化，致使密封面吻合和贴合效果降低，导致密封效果降低而产生轻微内漏。随着冲蚀区域的逐步扩展，经过阀门阀芯后的温度逐步上升，这与现场实际情况相符。

（3）蒸汽中携带的金属杂质损伤阀芯及阀座密封面。机组启动初期，大量的蒸汽通过低旁减压阀直接进入凝汽器，蒸汽中携带的硬质颗粒不断击打阀芯及阀座密封面，使阀门密封面受到长时间消磨和冲蚀，密封面产生点状和条状冲蚀坑。在阀门关闭后，因冲蚀产生的点状蚀坑处，成为汽水混合物进一步侵蚀的薄弱点。故解体低旁减压阀时，发现阀芯及阀座密封面有多处凹坑。

（4）违反阀门的设计及操作标准，造成的阀门损伤。由于5%以下的开度对阀门密封面有及其强烈的冲刷破坏作用，厂家设定在此行程处进行快关的程序。但机组启动时，运行操作人员将阀门开度设定为手动控制，因机组启动时参数瞬态变化，为控制机组参数状态，在此区域存在停留情况。因此，操作不当也是造成低旁减压阀发生内漏的一个原因。

（5）阀芯及阀座堆焊材料和工艺问题。原厂家在阀芯及阀座表面堆焊的硬质合金厚度薄、硬度低，抗冲刷性能较弱，极易造成密封面冲刷情况。

（6）低旁减压阀存在轻微程度的欠关问题。因阀体在运行中受热膨胀，阀门内部尺寸发生微量变化，致使冷态调整定位数值与热态数值产生偏差，造成关闭反馈出现“零点漂移”现象。

（7）维修人员技能不足。维修人员技能及经验不足，导致安装质量未达到标准要求，阀门联轴器安装尺寸产生负偏差，致使阀门油动机行程补偿不足，造成阀门关闭不到位，未能形成足够的关闭力矩，产生内漏现象。

4 低旁减压阀内漏问题的解决

对上述问题的原因分析，逐项进行对比、测量和试验，完成阀芯的结构分析，金属材料延展性、强度和塑性测量、密封面堆焊处理等相关工作。根据试验结果优化解决方案，具体措施如下：

（1）改变阀门密封面形式，以提高密封效果，降低维修难度。原厂低旁减压阀的阀芯与阀座角度均为66°的面密封结构，对研磨胎具加工精度及误差要求较高，对阀座修复研磨工序的操作质量要求极高，研磨合格率较低，很难达到阀门规定的标准。现将阀芯密封面的角度改为62°，阀芯与阀座密封面由面密封改为线型密封，且为上口接触，保证阀芯与阀座密封线圆周方向接触均匀，预留密封面下行余量，避免因阀座内孔变形引起密封不均，产生密封面内漏问题。

（2）堆焊材料采用不同硬度，促成软、硬度材料的塑性补偿能力。原厂阀门密封面堆焊材料为X19CrMoVNbN11-1（德国），均为堆焊硬密封工艺。现改为阀芯密封面为硬密封，堆焊硬质合金，硬度45 HRC 以上，阀座密封面堆焊D547，硬度在280 HB～320 HB。这样一硬一软，在两个密封面接触时可以产生一个相对补偿，从而提高密封效果。

（3）提高密封面堆焊质量。焊接过程严格按照工艺要求进行，保证修复部件预热、保温、回火热处理的温度和时间。严格控制升温速度、冷却速度，密封面堆焊层全部进行着色探伤检查，严格控制堆焊质量。

（4）严控密封面研磨工艺和质量。阀芯和阀座密封面经机床粗加工后，阀门密封面进行手工研磨，使其密封吻合度达到100%，并且严格控制密封线宽度。

（5）严控阀门维修质量，杜绝人因失效问题。阀门的组装工作，严格按工序标准执行，增设W（现场见证点）、H（停工待检点）数量，保证组装工艺质量。阀门检修和安装后，对阀杆行程提前给予适当过关余量，避免“零点漂移”等现象而引起的阀门欠关。修改运行操作程序，规范运行人员的手动操作区间范围，避免干扰阀门快关自动程序的执行。

采用上述方案维修后的阀门，密封面配合效果良好。经阀门在线长时间运行检验，以及多次机组启停验证，阀门未出现内漏现象，低旁减压阀内漏问题得以解决，运行效果良好。

5 结论

低旁减压阀的阀芯与阀座密封形式改为线型密封，阀座密封面结构位置改为上口接触，密封面合金硬度采取硬、软互补方式和密封面手工磨研的方法。在检修安装后，给予阀门一定量的过关信号，避免了阀门“零点漂移”等情况，最大限度降低了阀门出现内漏的可能性，提高了机组运行的经济效益。