关于火力发电厂汽机旁路阀的研究

    汽机旁路系统是火力发电厂再热机组重要的组成部分之一，它对缩短机组启停时间、降低噪音，保证机组安全经济运行有重要作用，其作用有两大方面，其一，保护作用，当机组跳闸自动主汽门突然关闭时，锅炉产生的大量蒸汽无处排放以及高压缸无排汽则会导致锅炉的再热器干烧。为保证再热器的不干烧，当自动主汽门关闭时，高压旁路蒸汽减压阀快速的开启，高温高压的蒸汽（30%）经由该阀从高压缸排汽管道流入再热器，由再热器加热后的蒸汽，经过已开启的低压旁路的蒸汽减压阀减温减压后排到凝结器凝结，以回收工质。使停机不停炉得以实现，为机组的迅速恢复提供了可能。其二，在机组滑参数启停时，利用旁路系统进行机组蒸汽参数的调整，而且目前来说此作用是最常用的。

    旁路系统可以满足机组在冷态、温态、热态、滑压和定压各种不同方式下启动的要求。当电网或机组故障时，快速甩负荷，使机组在短时间内低负荷运行、带厂用电。汽机旁路系统的主要工作条件可分为3种情况：即机组冷态启动、机组热态启动和事故投运。其中，冷态启动时多采用滑参数启动，在主蒸汽未达到汽机冲转参数前，旁路系统参加组成蒸汽通路，此时系统温度的上升相对缓慢，阀体内温度梯度小，所以热应力也较小。在热态启动时，一般停机时间短且保温良好，蒸汽先在由旁路组成的系统中多次循环，在温度逐渐升高后才进入汽机，所以阀体的温度变化也较缓慢，热应力也不大。当事故投运时，减温减压阀快速投入运行，进入阀门的蒸汽温度较高，而阀门后部高压减温水的给水温度较低，从而在阀体内形成较大的温度梯度，进而导致阀体局部产生很大的热应力。事实上，阀门开启后，进口处突然被高温蒸汽加热，水室壁面突然被高压减温水冷却，在某个瞬间阀体局部的温度梯度会很大，因而局部热应力也会达到某个极大值。

    汽机旁路形式有多种：高压旁路串联低压旁路；再并联大旁路的三级旁路；高、低压两级串联旁路；一级大旁路等。具体采用型式要根据机组的需要而定。现在一般都采用高低压两级串联的形式。高低压旁路站一般均装有减压阀和喷水阀，由于高旁喷水取自给水母管，所以为了防止喷水阀泄漏，高旁喷水阀前还装有喷水截止阀。汽机旁路阀门，特别是高旁减温减压阀，在材料选用和结构等方面都充分考虑了耐温耐压、耐交变应力。在具体安装位置上必须注意：最好把高旁减温减压阀装在离主蒸汽管道适当距离之处，否则阀门得不到最佳的预热温度。过低的预热温度会在阀门进口产生过度的热气旋，过高的会使出口产生同样的情况。如果不能保证最佳距离（往往是管道过长），则必须要有一路到阀进口的单独再热管道。管道安装应有一定的倾斜度，使凝结水不致积聚于阀体内，便于疏水，避免形成水囊造成水击。此外为降低噪声、防止共振所采用一定长度的直管、管径与直段的比、多孔节流板、管道支点的性质和间距、管道间的夹角以及多路并联的不对称布置等，也都不可忽视。另外还需考虑为操作、保养和维修拆装留有足够的空间。

    由于高低压旁路减温减压阀的特殊作用，决定了它的结构形式。该型阀门大多为笼罩式结构，此结构的特点是只要不能通过阀芯减压孔的杂物必将滞留在阀座的密封面处。其后果是使上下密封面将受到严重的损伤而使阀门泄漏。其次，由于角行程执行机构安装在运行平台上，冷热态工况标高固定不变，而阀门因焊接在管道上随锅炉汽温度变化热胀冷缩而上下左右浮动，这样阀杆与阀座产生的胀差就会造成阀门密封面的泄露或压伤，因此也造成阀门泄露，从而影响汽轮机组的正常运行。

    旁路系统的蒸汽减温减压阀，作为旁路系统的核心部件，长期工作在高温高压条件下，在服役过程中可能会发生蠕变、热疲劳、过热氧化、渗碳、腐蚀等现象，这会使材料性能劣化并缩短使用寿命。在工作时不仅要承受相当大的内压，而且由于工况的变化和喷水减温的作用，还要承受在较短时间内温度剧烈变化所引起的热冲击和热载荷。阀前蒸汽参数为超高压或亚临界甚至达到超临界参数，因此阀前管道一般设计为低合金钢（10CrMo910等），而阀后参数经过阀门后均有很大的降低，管材一般为普通碳钢材料，一般只在阀门出口约5～8m为低合金材料。阀门密封面的泄漏将使机组正常运行时过热蒸汽泄漏到阀后，阀后管道的长时间超温运行会使管道材质发生蠕变、热疲劳、腐蚀等现象，这会危及机组的安全运行。同时，新蒸汽及再热蒸汽等高品质蒸汽的泄漏直接影响机组的热经济性。而且低压旁路减温减压阀的泄漏还会使排汽缸温度升高。降低凝结器的真空度，严重时会直接影响汽轮机组的正常运行。要想使阀门的泄漏降到最低，根本的应是尽量提高炉侧检修工艺标准减少炉侧金属杂质颗粒的产生与留存，当然达到无金属颗粒杂质存在比较困难。

    经过实践证明，对减温减压阀进行修复后，在阀内加装一滤网把从锅炉冲过来的杂质颗粒“拒之门外”，是一个最佳的选择，目前，已有多台100W机组的旁路蒸汽减温减压阀已进行如此的改进，最早的一台已运行两年以上，再未有杂物损伤密封面而导致阀门泄漏的缺陷发生。其次将喷水调节阀的喷水点移到减压阀的密封面后，将原先先喷水减温，后节流减压改为减压扩容与喷水减温同时进行，并从结构上作了改进，以提高减温水雾化性能，保证了与蒸汽之间的良好混合，避免了因喷水调节阀泄露而导致将冷却水带入汽机的危险。现在的旁路系统减温减压阀和喷水调节阀已选用直行程执行机构，防止了阀门冷态，热态的阀门零位变化，有效地避免了阀门因调节不当造成的阀门泄露或压伤。喷水调节阀完全调引进技术和材料标准，如阀体由铸钢论为模锻、阀杆、阀座材料均采用DIN标准。