650MW 机组汽动给水泵再循环调阀内漏原因分析及对策

黄 俊

（国能黄金埠发电有限公司，江西 余干 335101）

国家能源集团某发电公司建设有2 台650MW 超临界发电机组，2007 年双机投产，机组配备2 台50%容量的汽动给水泵和1 台35%容量的电动给水泵，机组正常运行中2 台汽泵运行，电泵备用，各泵分别配有最小流量再循环调节阀，均为美国COPES 公司产品，调节阀安装为水平布置。该公司机组自投产以来，4 台给水泵再循环调节阀频繁出现内漏，严重影响机组安全经济性运行，且2 台机最小流量调节阀每年维护费居高不下，阀芯组件经过约2-3 次修复后，材质变软，就需要更换新阀芯组件。据了解，该现象在其他电厂也多次发生，本文根据4 台调节阀结构性能，使用介质及环境进行了系统性分析，希望能为同类型机组提供参考。

1 最小流量再循环调节阀结构性特征

这种阀门主要在美国生产，由COPES VULCAN（考布斯）公司设计，整体外观独特，有着自身的特征。

1.1 采取多极套筒阀芯结构

这种设计防气蚀、降噪音、耐冲刷，在不同的大压差环境中，能够根据不同的条件，充分利用逐级降压的运转方式，全面控制好介质流速的问题，保证了设备的稳定安全。

1.2 采取双层密封设计

整体设计密闭性良好，对不同的环境都有耐受性，独特双阀塞联动装置是其最为主要的特点，内层阀塞和金属阀座间有一层金属密封的装置，而在外层阀塞和软阀座间也有一层软密封设计。整体上看，其密闭性能非常良好，阀门开启或者进行关闭的时候，在瞬间运转的情况下，始终以金属密封进行节流，有效起到了保护作用，因此，不论环境条件怎么改变，软密封不受冲刷的破坏，避免出现设备的故障，特别是两阀塞在耐高温及高压弹簧联动的运行情况下，更起到了良好的保护作用。

1.3 流体流动方向巧妙

主要是按照由内向外流的方式进行设计，通过这样的设计，有效提高了阀门的功能；如果在打开位置，那么最小流量阀就能够起到减压作用，有效解决了快速开启时出现的压力差；多级减压设计，稳定了流体经过阀座时的流速，这样才能保证以最低限度进行流动，避免出现流体对阀座冲刷。D/C-V 最小流量阀的结构设计有效提高了闪蒸出现的多级压力，使不同层级压力得到缓解，避免了出现出口压力过大的问题，闪蒸流体没有经过阀座，则不会对阀座产生影响，避免出现长期使用后容易形成的冲刷危害。这种设计对小开度工况有更好的功能，其特征呈现更加明确，阀体内部结构见图1。

图1 阀体内部结构

2 最小流量再循环调节阀作用

给水泵启动以后，一般情况下，出水阀还没有进行快速启动，此时外界负荷会全面减少，导致机组低负荷运行，泵内只有少量或根本没有水通过，则会导致叶轮空转摩擦，热能不能及时排除，泵内温度明显升高，对设备运行产生影响。据统计，泵内温度如果超过警示压力，达到设计值的饱和温度，那么给水则会导致汽化现象，造成设备出现汽蚀问题，只有全面做好设备的养护才能更好地保证设备稳定运行，为防止故障出现，则要保证水泵给水流量减小到标准状态，这样再打开再循环管，一部分给水流量返回除氧器，只有保证泵内有足够水通过，才能使产生的热量被水带出，避免出现泵内摩擦热量过大导致的汽化现象。

3 给水泵小流量再循环阀控制方法

3.1 开关式控制

开关式控制有着自身的优势，可以通过开关进行调节，有效提升设备的稳定性，这种方式的优点在于简单控制、操作灵活，但是在使用过程中，也出现了不良反应。其缺点在于开关式阀不能连续进行系统的调节，开关阀门往往会产生巨大的压力，水泵出口压力和下游流量会形成大的冲击和扰动。

3.2 连续式控制

只有全面提高经济性，才能避免运转成本增长，更好地维护经济效益。给水流量调节如果趋于稳定，则会更好地实现良好的经济效益，为了保证设备稳定，则需要对再循环阀进行控制设计，通过连续式控制全面提高调节的作用，其优势非常明显，通过良好的设计减少对下游流量的扰动。这种设计虽然解决了运行的故障问题，但环节控制就变得复杂起来，运转时也多了一个控制环节。再循环阀连续控制法包括单一曲线函数控制、PID 调节控制和回滞函数控制三个部分。

3.2.1 单一曲线函数控制

单一曲线函数F（x），直接列出给水泵入口流量和再循环阀开度指令，形成稳定的关系曲线，这样的控制法在机组运行时会出现大的动作，整体阀门频繁运行，其幅度也较大，如果阀门开关瞬间出现水流量波动的问题，继而流量波动又影响到了阀门动作，则会导致整个给水系统出现无频震荡，设备运转极不稳定安全。

3.2.2 PID 调节控制

PID 调节用单冲量、闭环反馈控制，保证再循环阀的安全启动，PID 调节器主要是由给水泵入口最小流量决定的，以其流量值与实际入口量差为标准进行设计，输出再循环阀开度控制指令后，才能保证最小流量连续控制的实现。PID 调节器法非常简单，但是操作过程中，也容易出现给水系统不同负荷区域难以把握的问题，如果SG 负荷变化大，就会出现PID 调节器过调，水系统扰动就会增加。

3.2.3 回滞函数控制

F1（x）与F2（x）间隙区域表明了再循环阀关闭与开启方向转换间隙，其大小代表了开度，如果处在这种标准的间隙范围内，其整体流量出现变化就不会影响到阀门开度。也就是说，增加具有非线性间隙环节，有效解决了流量测量误差及给水流量波动的干扰。

4 阀门内漏分析

该阀设计既然如此合理，为什么会经常内漏呢？带着这一问题，我们在2 台给水泵再循环调阀后增加了温度测点（见表1），以监视调节阀泄漏情况，调节阀检修后，机组运行约2-3 个月，该阀后温度较除氧器温度低10℃左右，之后，该点温度逐步向除氧器温度靠近，直到等温，就地对该阀听音，明显有漏流声，由此判断该阀内漏；对阀门进行了解体检查，检查中发现：该阀阀座密封金属缠绕垫片吹损，阀座软密封和硬密封吹损，影响机组接带高负荷，具体见图2。

图2 阀芯组件吹损

表1 汽泵再循环调门温差统计表

由于该阀关闭状态前后压差大（16-30MPa），在低负荷区域频繁动作且开度较小，极易产生汽蚀现象，当汽蚀点贯穿阀芯密封面后，会形成局部小流量漏流；在阀门开关过程中，阀芯密封面偶尔还会存在细小颗粒，导致密封效果不佳；若受气动执行机构的关闭力无法满足关闭要求等因素影响，汽蚀现象加剧形成恶性循环，造成大面积吹损现象。内漏的形成有着一致性，因此，对该阀布置进行了分析，具体见图3。

图3 给水泵再循环阀门布置图

机组运行中电动隔离阀和手动隔离阀处于常开状态；机组额定负荷，给水泵出口压力30MPa，除氧器压力0.85MPa，晚峰是50%负荷，给水泵出口压力16MPa，除氧器压力0.4MPa；由此，再循环调阀前后压差约16-30MPa，给水流量＜500t/h，再循环调阀逐步开启，在小开度时，给水在阀芯密封位置极易产生汽化，阀芯密封受损，阀门关闭后，在前后压差作用下，阀芯密封继续吹损裂化，最后密封面彻底损坏，导致阀门内漏扩大，影响机组安全经济运行。

5 防止再循环调阀内漏措施

（1）给水流量＜500t/h，再循环调阀初步开启的阀位设置在20%，减少小开度时阀芯吹损。

（2）将再循环调阀后手动阀改成快速气动隔离阀，在给水流量≥500t/h，关闭气动隔离阀，使再循环调阀前后压力为零，杜绝再循环调阀前后压差大状态下加快阀芯密封损坏的现象，延长使用寿命。

6 改造实施

2020-2021 年，利用2 台机组大修的机会，将2 台汽泵的再循环调阀后手动阀更换成快速气动隔离阀，改造的实施在大修期间顺利完成，并进行了相关逻辑修改及运行要求，见图4。

图4 给水泵再循环阀门改造布置图

（1）汽动给水泵异常跳泵，汽泵再循环调节阀和气动隔离阀同时动作开启。

（2）机组运行中单台汽泵出口流量＜500t/h，联锁开启气动隔离门；单台汽泵出口流量≥600t/h，运行人员根据实际情况手动关闭气动隔离门。

（3）在给水泵运行过程中2 个阀需要关闭时，盘中手动先关再循环调节阀，再关气动隔离阀。

（4）2 个阀需要打开时，应先全开气动隔离阀再开调节阀。

（5）每半个月在机组负荷≤350MW 下对再循环调节阀和气动隔离阀分别进行一次活动试验。

（6）启、停机前，先开启气动隔离阀，再对再循环调节阀进行操作。

7 改造效果

在2 台机组大修结束，机组启动运行，4 台给水泵快速启动隔离阀运行正常；经过连续6 个月跟踪检查给水泵再循环调节阀阀后温度，该点温度较除氧器温度低70℃以上；约半年后利用临停机会对再循环调节阀解体检查，阀芯组件完好无损，改造效果显著。经测算，每年可节约修理费20 万元，机组的安全性和经济性均得到了保障。

8 结束语

目前，大多数火力发电厂的给水泵再循环调节阀均是进口阀，且存在不同程度的内漏，影响了机组安全经济运行，在机组无法停机时，关调节阀前电动门运行，给给水泵带来极大的安全隐患；停机时频繁解体调节阀，对阀芯组件修复或更换阀芯组件，增加了维护费用，本厂在对给水泵再循环调节阀后手动隔离阀进行了换型尝试值得有类似情况的电厂借鉴。