吳蔚宇，王小艷，胡沁坤，唐磊(.中國能源建設(shè)集團湖南省電力設(shè)計院有限公司，湖南長沙40007；.湖南華電長沙發(fā)電有限公司，湖南長沙400；.湖南金爐科技有限責(zé)任公司，湖南長沙4000)

電廠高旁閥振動原因分析及處理

吳蔚宇1，王小艷1，胡沁坤2，唐磊3
(1.中國能源建設(shè)集團湖南省電力設(shè)計院有限公司，湖南長沙410007；2.湖南華電長沙發(fā)電有限公司，湖南長沙410203；3.湖南金爐科技有限責(zé)任公司，湖南長沙410200)

某電廠在啟動過程中，高旁閥出現(xiàn)高頻振動造成閥桿振斷，通過對振動原因進行綜合分析，采取了針對性的處理措施，成功地解決了閥門高頻振動問題，消除了安全隱患。

汽輪機組；高旁閥；高頻振動；原因分析

在電廠運行設(shè)備中，汽機旁路系統(tǒng)作為一個非常重要的設(shè)備。旁路系統(tǒng)投入時，主蒸汽經(jīng)高壓旁路減溫減壓后，直接進入再熱器冷段的管路系統(tǒng)；再熱器出來的蒸汽經(jīng)低壓旁路減溫減壓后直接排入凝汽器，對改善機組的啟動性能，保護機組的安全、經(jīng)濟運行有著非常重要的作用。

1 設(shè)備概述

某電廠600MW燃煤發(fā)電工程于2012年9月投入運行，汽輪機為東方汽輪機廠引進的日立技術(shù)生產(chǎn)制造的超臨界汽輪機。鍋爐為東方鍋爐(集團)股份有限公司制造的超臨界參數(shù)、一次中間再熱、變壓直流燃煤鍋爐。采用40%容量高、低壓二級串聯(lián)液動旁路。高壓旁路閥為博普羅依特安全與調(diào)節(jié)閥門有限公司產(chǎn)品，高壓旁路閥型式為角式，驅(qū)動方式為液壓，高旁閥前后最大差為22.23MPa。

2 事故情況介紹

該電廠在2013年共進行了3次沖轉(zhuǎn)，出現(xiàn)高排逆止閥門后疏水罐水位計接管焊縫振裂、高旁閥后壓力表管斷裂、高旁閥后溫度測點反復(fù)故障損壞等問題；在啟動過程中，高旁投入運行時聲音較異常，噪聲非常大且尖銳，高旁閥振動幅度較小，觀察不明顯，現(xiàn)場巡查無水錘聲音。

該電廠投產(chǎn)后在2013年12月機組啟動過程中，高旁投入運行時噪音嚴重超標(biāo)，噪聲非常大且尖銳，高旁閥振動幅度較小，但是頻率極高，因為高旁閥后溫度測點因振動損壞，控制系統(tǒng)誤判斷為閥門出口超溫，高旁閥減溫水投入自動控制，減溫水調(diào)節(jié)閥瞬間全開反復(fù)波動，造成過量噴水形成嚴重水擊，產(chǎn)生熱應(yīng)力沖擊，在高頻振動疊加下，高旁閥減溫水環(huán)形管與噴嘴座連接管處的焊口、噴嘴座與高旁閥出口管的焊口出現(xiàn)開裂。同時，隨著高旁閥的開度增大，高旁閥附近區(qū)域的噪音明顯增大，高排逆止閥后疏水罐水位計接管和高旁閥后壓力表管在機組啟動過程被振裂。

3 旁路振動原因分析

3.1 旁路閥振動原因

1)旁路閥閥座直徑過小，流經(jīng)閥座處的流速急劇增加，高旁閥前后壓差急劇變化，閥門閥籠受沖擊，穩(wěn)定性變差，造成旁路閥的穩(wěn)定性變差，引起旁路閥振動，伴有刺耳聲。

2)旁路閥后管道布置不合理。旁路閥的安裝要求是旁路閥后的直管段長度一般應(yīng)為管道直徑的5～10倍，且溫度測溫點要求在水滴完全霧化之后安裝距離約為0.15 s與管道出口最大流速之積，如旁路閥后直管段過短或管道布置出現(xiàn)U型彎等都會引起旁路閥門振動，測溫點布置靠旁路出口太近，會導(dǎo)致測溫不準確，容易引起噴水閥門的錯誤動作，導(dǎo)致水擊，從而形成熱應(yīng)力破壞。該電廠旁路閥后的管道布置合理，但是測溫點靠近旁路，導(dǎo)致噴水閥誤動作，后續(xù)把測溫點向后移已滿足測溫正確的要求。

3)因管道或者閥內(nèi)有水導(dǎo)致水擊，水在瞬間氣化產(chǎn)生巨大的沖擊破壞力導(dǎo)致劇烈的振動，主要是在機組啟動初期，由于啟動限制蒸汽無法快速達到過熱蒸汽(需要過熱度超過50℃)，此不飽和蒸汽或者低過熱度蒸汽會推動管壁上的冷凝水高速移動的水滴在流經(jīng)入口閥籠時速度會進一步增大，當(dāng)水滴撞擊閥芯部件的時候就會產(chǎn)生水擊現(xiàn)場，過量的減溫水瞬間加汽化產(chǎn)生巨大的沖擊力，可以沖毀閥后的降噪籠，導(dǎo)致閥門的降壓效果大打折扣，從而進一步加劇閥門的震動噪音等問題。

3.2 現(xiàn)場情況

根據(jù)現(xiàn)場情況，高旁閥為高頻振動，振幅小，振動頻率高，設(shè)計單位和生產(chǎn)廠家重新核算高旁閥閥座直徑是否滿足要求。閥門通流面積為閥座直徑與閥芯行程的乘積函數(shù)，在通流面積一定的情況下，閥座直徑大則閥芯行程短，反之亦然。根據(jù)生產(chǎn)廠家提供高旁閥閥座直徑為Φ140 mm，行程為100mm。此閥座直徑下主蒸汽流量768 t/h對應(yīng)的Kverfw為384.0m3/h，Kvmax為504.6m3/h。閥門可以滿足運行要求。

根據(jù)旁路生產(chǎn)廠家布置要求，如果減溫前的蒸汽溫度高于425℃，建議閥后采用低合金管，且閥門出口至第一個下游彎頭之間直管至少為5倍內(nèi)徑。這種布置方式主要是使減溫水能充分霧化并有足夠的距離與蒸汽混合，保證噴水減溫效果，避免霧化不充分產(chǎn)生的汽水兩相流，對管道產(chǎn)生沖刷，引起管道高頻振動。該電廠項目高旁閥后為A691CrCL22合金鋼，且高旁閥后管道長度為5 900 mm，管道外徑為Φ711.2mm，閥后管道長度為管道直徑的8.3倍，完全滿足廠家要求，排除了管道布置不合理引起高旁振動的因素。

3.3 振動原因分析

通過分析現(xiàn)場各運行工況和運行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有以下原因造成高旁閥振動，對設(shè)備產(chǎn)生破壞:

高旁閥后蒸汽溫度測點設(shè)置不合理，蒸汽溫度測點距離高旁閥距離不足3m，減溫水沒有完全霧化，導(dǎo)致測溫錯誤，給DCS的信號錯誤，從而錯誤操作減溫水閥，產(chǎn)生過度噴水導(dǎo)致水擊，產(chǎn)生的巨大拉力把高旁閥上彈簧噴嘴拉裂。

在分析了機組啟動時DCS數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)啟動過程中主蒸汽溫度接近濕蒸汽區(qū)運行，在啟動并網(wǎng)過程中，運行人員沒有及時打開管道疏水閥，高旁閥是在主蒸汽管道和再熱冷段管道沒有充分疏水的情況下開啟的。參照汽輪機制造商對主蒸汽溫度的要求可知，阿爾斯通公司要求蒸汽過熱度60℃以上，西門子公司要求蒸汽過熱度45℃以上。當(dāng)主蒸汽溫度接近濕蒸汽區(qū)運行時，蒸汽混夾的水滴將對高旁閥閥芯產(chǎn)生沖擊，尤其是通過高旁閥座后流速升高，破壞力增大，閥門內(nèi)部四級降壓降噪籠可能因此發(fā)生損壞或脫落，造成蒸汽未經(jīng)充分減壓直接進入閥后管道，產(chǎn)生高頻振動和噪音。

據(jù)反映高旁閥在安裝后第1次投入使用時(調(diào)試期間，168 h試驗運行前)，就存在很大的噪音；而在冷態(tài)啟動時，高旁閥隨著鍋爐點火而投入使用(保護鍋爐再熱器)，規(guī)程要求主蒸汽升溫速率小于1℃/min，且至少有2 h主蒸汽溫度在接近濕蒸汽區(qū)運行。因此，高旁閥作為機組的啟動閥門，必須適應(yīng)濕蒸汽區(qū)運行，而旁路廠家要求該閥門穩(wěn)定在過熱蒸汽區(qū)間運行且過熱度大于45～60℃，沒有考慮到電廠的實際運行情況，閥門存在設(shè)計不當(dāng)?shù)膯栴}。

4 旁路振動處理方案

1)將高旁閥后測溫點移至高旁閥出口管道下游適當(dāng)位置，保證測點區(qū)域減溫水完全霧化并與蒸汽混合，以保證測溫點準確的測出高旁出口的真實溫度，避免錯誤操作減溫水閥產(chǎn)生過度噴水導(dǎo)致水擊。

2)機組啟動時，應(yīng)按照運行規(guī)程和廠家要求對主蒸汽管道和再熱冷段管道進行充分疏水，不應(yīng)在沒有暖管的情況下開啟高旁閥，盡量縮短主蒸汽溫度接近濕蒸汽區(qū)的運行時間，以減少蒸汽中夾帶水滴對高旁閥的破壞。

3)旁路生產(chǎn)廠家針對該電廠實際運行情況，對閥門內(nèi)部進行改進設(shè)計:閥芯由圓筒型改為拋物線型，改善低開度工況時閥芯的微調(diào)控制品質(zhì)，并將第3級降噪籠與第4級降噪籠分離，第3級降噪籠尺寸縮小，厚度增大改為閥座懸掛結(jié)構(gòu)，同時第4級降噪籠增加體積尺寸和底部封板厚度。這種閥門結(jié)構(gòu)的修改將閥芯改為帶一段可調(diào)節(jié)的閥芯，可以在小開度時更好的調(diào)節(jié)分配在各級籠罩上壓降比，避免局部流速過高，另外最重要的將第3級籠罩改為閥座籠罩，這樣可以將流經(jīng)閥座處的大股的經(jīng)過降壓膨脹后的蒸汽能量通過閥座籠罩分散成多股小的能量，避免原來第3，4級置于閥后設(shè)計導(dǎo)致的大股能量直接沖擊籠罩底部，特別是有水擊的情況下，不會導(dǎo)致籠罩底部脫落。如果運行中有少量的濕蒸汽工況時，少量水汽化產(chǎn)生的能量會通過閥座籠罩分成小的能量，避免直接沖擊。但是也不允許閥門長期運行于濕蒸汽工況。這種改進設(shè)計，可以有效地解決閥門運行中受夾帶水滴的濕蒸汽沖擊而損壞的問題。改進后的閥門如圖1所示。

5 結(jié)束語

高旁閥維修改造后投入運行，順利完成各種試驗，高旁閥開啟時沒有出現(xiàn)高頻振動情況，噪音在80 db以下，運行參數(shù)符合設(shè)計要求，運行情況良好。減少了機組非計劃停運次數(shù)，根除了高旁事故隱患，確保機組安全高效運行，改造取得了滿意的效果。

圖1 高旁閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

〔1〕博普羅依特公司.高低壓汽機旁路控制閥操作維護手冊〔R〕.2010.

〔2〕中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，巾華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.電廠動力管道設(shè)計規(guī)范:GB50764—2012〔S〕.北京:中國計劃出版社，2012.

〔3〕中國電力規(guī)劃設(shè)計協(xié)會.火力發(fā)電廠調(diào)節(jié)閥選型導(dǎo)則:DJGJ 167—2004〔S〕.2004.

Analysis and Treatment on Vibration Causes of HP Bypass Valve in Power Plant

WUWeiyu1，HU Qinkun2，TANG Lei3，WANG Xiaoyan1
(1.China Energy Engineering Group Co.，Ltd.，Hunan Electric Power Design Institute，Changsha 410007，China；2.Hunan Huadian Group Changsha Power Plant Co.，Ltd.，Changsha 410203，China；3.Hunan Gold Furnace Science＆Technology Co.，Ltd.，Changsha 410200，China)

In the process of start-up at a power plant，high frequency vibration of HP bypass valve occurred，and the stem of valve cracked.Through the comprehensive analysisof the causes of vibration，with correspondingmeasures，the problem of high frequency vibration of HP bypass valve was solved successfully，and the security risk has been eliminated.

steam turbine；HP bypass valve；high frequency vibration；cause analysis

TM621.3

B

1008-0198(2017)03-0065-03

吳蔚宇(1971)，女，高級工程師，主要從事熱力發(fā)電廠設(shè)計工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.018

2016-08-09 改回日期:2017-04-20