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(tuán)某發(fā)電公司建設(shè)有2 臺650MW 超臨界發(fā)電機(jī)組，2007 年雙機(jī)投產(chǎn)，機(jī)組配備2 臺50%容量的汽動(dòng)給水泵和1 臺35%容量的電動(dòng)給水泵，機(jī)組正常運(yùn)行中2 臺汽泵運(yùn)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(jī)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(yán)重影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行，且2 臺機(jī)最小流量調(diào)節(jié)閥每年維護(hù)費(fèi)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(jìn)行了系統(tǒng)性分析，希望能為同類型機(jī)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(jì)，整體外觀獨(dú)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(jì)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(yùn)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(jì)

整體設(shè)計(jì)密閉性良好，對不同的環(huán)境都有耐受性，獨(dú)特雙閥塞聯(lián)動(dòng)裝置是其最為主要的特點(diǎn)，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(jì)。整體上看，其密閉性能非常良好，閥門開啟或者進(jìn)行關(guān)閉的時(shí)候，在瞬間運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，始終以金屬密封進(jìn)行節(jié)流，有效起到了保護(hù)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(dòng)的運(yùn)行情況下，更起到了良好的保護(hù)作用。

1.3 流體流動(dòng)方向巧妙

主要是按照由內(nèi)向外流的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過這樣的設(shè)計(jì)，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(shí)出現(xiàn)的壓力差；多級減壓設(shè)計(jì)，穩(wěn)定了流體經(jīng)過閥座時(shí)的流速，這樣才能保證以最低限度進(jìn)行流動(dòng)，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(jì)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(huì)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(jì)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(dòng)以后，一般情況下，出水閥還沒有進(jìn)行快速啟動(dòng)，此時(shí)外界負(fù)荷會(huì)全面減少，導(dǎo)致機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行，泵內(nèi)只有少量或根本沒有水通過，則會(huì)導(dǎo)致葉輪空轉(zhuǎn)摩擦，熱能不能及時(shí)排除，泵內(nèi)溫度明顯升高，對設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，泵內(nèi)溫度如果超過警示壓力，達(dá)到設(shè)計(jì)值的飽和溫度，那么給水則會(huì)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(hù)才能更好地保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，為防止故障出現(xiàn)，則要保證水泵給水流量減小到標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)在于開關(guān)式閥不能連續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，開關(guān)閥門往往會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力，水泵出口壓力和下游流量會(huì)形成大的沖擊和擾動(dòng)。

3.2 連續(xù)式控制

只有全面提高經(jīng)濟(jì)性，才能避免運(yùn)轉(zhuǎn)成本增長，更好地維護(hù)經(jīng)濟(jì)效益。給水流量調(diào)節(jié)如果趨于穩(wěn)定，則會(huì)更好地實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益，為了保證設(shè)備穩(wěn)定，則需要對再循環(huán)閥進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，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(jì)減少對下游流量的擾動(dòng)。這種設(shè)計(jì)雖然解決了運(yùn)行的故障問題，但環(huán)節(jié)控制就變得復(fù)雜起來，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也多了一個(gè)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(gè)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(jī)組運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)大的動(dòng)作，整體閥門頻繁運(yùn)行，其幅度也較大，如果閥門開關(guān)瞬間出現(xiàn)水流量波動(dòng)的問題，繼而流量波動(dòng)又影響到了閥門動(dòng)作，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)給水系統(tǒng)出現(xiàn)無頻震蕩，設(shè)備運(yùn)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(dòng)，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(shí)際入口量差為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shí)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(fù)荷區(qū)域難以把握的問題，如果SG 負(fù)荷變化大，就會(huì)出現(xiàn)PID 調(diào)節(jié)器過調(diào)，水系統(tǒng)擾動(dòng)就會(huì)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(biāo)準(zhǔn)的間隙范圍內(nèi)，其整體流量出現(xiàn)變化就不會(huì)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(dòng)的干擾。

4 閥門內(nèi)漏分析

該閥設(shè)計(jì)既然如此合理，為什么會(huì)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(diǎn)（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(jī)組運(yùn)行約2-3 個(gè)月，該閥后溫度較除氧器溫度低10℃左右，之后，該點(diǎn)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(jìn)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(jī)組接帶高負(fù)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(jì)表

由于該閥關(guān)閉狀態(tài)前后壓差大（16-30MPa），在低負(fù)荷區(qū)域頻繁動(dòng)作且開度較小，極易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，當(dāng)汽蝕點(diǎn)貫穿閥芯密封面后，會(huì)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(huì)存在細(xì)小顆粒，導(dǎo)致密封效果不佳；若受氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)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(jìn)行了分析，具體見圖3。

圖3 給水泵再循環(huán)閥門布置圖

機(jī)組運(yùn)行中電動(dòng)隔離閥和手動(dòng)隔離閥處于常開狀態(tài)；機(jī)組額定負(fù)荷，給水泵出口壓力30MPa，除氧器壓力0.85MPa，晚峰是50%負(fù)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(shí)，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(kuò)大，影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(shí)閥芯吹損。

（2）將再循環(huán)調(diào)閥后手動(dòng)閥改成快速氣動(dòng)隔離閥，在給水流量≥500t/h，關(guān)閉氣動(dòng)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(shí)施

2020-2021 年，利用2 臺機(jī)組大修的機(jī)會(huì)，將2 臺汽泵的再循環(huán)調(diào)閥后手動(dòng)閥更換成快速氣動(dòng)隔離閥，改造的實(shí)施在大修期間順利完成，并進(jìn)行了相關(guān)邏輯修改及運(yùn)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(dòng)給水泵異常跳泵，汽泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)隔離閥同時(shí)動(dòng)作開啟。

（2）機(jī)組運(yùn)行中單臺汽泵出口流量＜500t/h，聯(lián)鎖開啟氣動(dòng)隔離門；單臺汽泵出口流量≥600t/h，運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況手動(dòng)關(guān)閉氣動(dòng)隔離門。

（3）在給水泵運(yùn)行過程中2 個(gè)閥需要關(guān)閉時(shí)，盤中手動(dòng)先關(guān)再循環(huán)調(diào)節(jié)閥，再關(guān)氣動(dòng)隔離閥。

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

（5）每半個(gè)月在機(jī)組負(fù)荷≤350MW 下對再循環(huán)調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)隔離閥分別進(jìn)行一次活動(dòng)試驗(yàn)。

（6）啟、停機(jī)前，先開啟氣動(dòng)隔離閥，再對再循環(huán)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行操作。

7 改造效果

在2 臺機(jī)組大修結(jié)束，機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行，4 臺給水泵快速啟動(dòng)隔離閥運(yùn)行正常；經(jīng)過連續(xù)6 個(gè)月跟蹤檢查給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥閥后溫度，該點(diǎn)溫度較除氧器溫度低70℃以上；約半年后利用臨停機(jī)會(huì)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(fèi)20 萬元，機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)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(jìn)口閥，且存在不同程度的內(nèi)漏，影響了機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在機(jī)組無法停機(jī)時(shí)，關(guān)調(diào)節(jié)閥前電動(dòng)門運(yùn)行，給給水泵帶來極大的安全隱患；停機(jī)時(shí)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(hù)費(fèi)用，本廠在對給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥后手動(dòng)隔離閥進(jìn)行了換型嘗試值得有類似情況的電廠借鑒。