汽轮机高压加热器危急疏水调节阀改造

汽轮机高压加热器危急疏水调节阀改造
摘要：高加危急疏水调节阀，通过的介质水虽然参数较低，但因是饱和水，且阀后压力
是凝汽器真空，随着在阀后压力降低到饱和压力之下，必然会产生空化汽蚀，对阀门会造成
极大的冲击，是目前电厂中容易损坏的一种阀门。

结合阀内件结构特性，提出改造优化方案，提高设备可靠性。

关键词：超临界；供热机组；高加：危机疏水：调节阀：改造
引言：
高加危急疏水调门主要作用是在高加水位高时能自动开启调节高加水位，避免出现高加
水位过高引起换热效果变差，造成给水温度降低影响机组经济性，设备异常时甚至导致高压
加热器满水，给汽轮机运行造成水冲击的风险，高加危急疏水调门可靠性对高加正常运行至
关重要。

1 设备概况
公司两台机组#1-#3高加危急疏水调节阀均是某电站阀门有限公司生产的先导式套筒调
节阀，基建期由哈尔滨锅炉厂随高压加热器配供。

该阀阀芯结构为流关型（阀内介质流动方向：上进下出），流道依据线性特性设计。

阀门执行机构是由美国Fisher（费希尔）公司生
产667型薄膜式气动执行器。

阀门主要技术参数如表1所示。

表1 #1～#3高加危急疏水调阀主要技术参数
图1 #1～#3高加危急疏水调阀结构图
2 存在问题
高加危急疏水调节阀是一种专门用于电厂高加危急疏水系统的大口径、大流量、大压差、饱和介质的特种调节阀。

目前，超临界以上机组的高加危急疏水阀，不仅需要具备“关闭严密，开启灵活”的基本要求，还需具有精确的流量调节特性。

经统计，我公司1、2号机组在装#1～#3高加危急疏水调节阀均存在如下通病问题：
2.1阀门开启困难。

经常出现阀门打不开的现象，不满足危急疏水调阀“开启灵活”的
基本要求。

若在紧急情况下不能及时开启，存在高加满水甚至汽轮机进水的安全隐患。

2.2阀门小开度时（20%～30%）振动剧烈，阀位难以控制，且伴有较大噪声。

2020年
12月11日，运行部（一值）在排查1号机组#1、#2高加疏水氢电导率偏高问题时，将#1高
加正常疏水切至危急疏水，出现了#1高加危急疏水调阀执行机构支架受振动冲击断裂的问题。

2.3阀门关断严密性差，不满足危急疏水调阀“关闭严密”的基本要求，危急疏水调阀
后的电动门在正常运行中被迫关闭。

2.4气动执行机构采用气开型结构，不满足危急疏水调阀“失气开”（仪用气源失去，
阀门自动开启）的设计要求。

3 原因分析
3.1阀门开启困难
我公司在装#1～#3高加危急疏水调节阀阀芯均为先导式结构，阀门开启时预启阀（先
导阀）先开启，然后带动主阀芯（大阀芯）开启。

为让预启阀开关柔和，缓解预启阀振动，
制造厂在先导阀芯上加设了缓冲弹簧。

弹簧的存在，大幅增加了预启阀泄压流道的阻力，导
致主阀芯上下压差得不到有效平衡，主阀芯开启初期需要很大的开启力，表现为阀门开启困难。

3.2阀门小开度时振动大
根据我公司在装#1～#3高加危急疏水调阀的结构设计，主阀芯开启后，阀门进水流道
内的高压疏水（饱和水）经多孔套筒（阀笼）直接流入阀芯内部，然后通过稳流罩进入阀门
出水流道。

在主阀芯开度较小时，主阀芯与阀座之间的流道较窄，而进水流道和出水流道口
径很大，此时阀内整个流道形成典型的“文丘里”效应。

根据文丘里管原理，流体通过主阀
芯与阀座之间的狭窄流道时，流速加快，压力降低，部分高压危急疏水（饱和水）被“闪蒸”汽化形成汽泡。

夹杂着汽泡的流体进入主阀芯下腔后，因流道突然扩散，流体流速急剧降低，压力瞬间增大，流体中的蒸汽汽泡迅速溃裂爆破，出现“空化”现象。

受阀座下方稳流罩的
阻挡，整个“空化”过程发生在阀芯内部，而阀芯内部空间较小，空化时汽泡破裂释放出巨
大的能量（试验表明汽泡破裂的空化阶段产生的冲击力高达几千牛顿）对阀内件造成严重冲击，引起阀门振动，同时产生高频噪声，而且汽泡越多，噪声越大。

图2 #1～#3高加危急疏水调阀小开度时主流道流体流动示意图
在阀后压力一定的情况下（凝汽器真空），阀前压力越高，主阀芯开度越小，空化效应
越强烈。

空化冲击力一旦超过金属材料的疲劳破坏极限，即会造成阀门零部件的断裂破坏。

3.3阀门关断严密性差
根据上述分析，我公司这种高加危急疏水调阀在高压差恶劣条件下,阀瓣（主阀芯）和
阀座密封面受“闪蒸”、“空化”和“汽蚀”的破坏作用，在很短时间内即会遭到破坏，发
生泄漏。

4改造方案
高加危急疏水调节阀通过的介质参数虽然不是很高，但因是饱和水，极易产生空化、汽蚀，对阀门造成极大的冲击破坏。

针对我厂1、2号机高加危急疏水调阀存在的开启困难、
振动大等问题，拟通过合理的阀门设计和阀门结构优化进行有效控制。

高加危急（正常）疏水调节阀，通过的介质水虽然参数较低，但因是饱和水，且阀后压
力是凝汽器真空，随着在阀后压力降低到饱和压力之下，必然会产生空化汽蚀，对阀门会造
成极大的冲击，是目前电厂中容易损坏的一种阀门。

目前超临界以上机组的高加危急疏水阀，不仅需要具备关闭严密零泄漏的要求，而且还需具有调节特性。

4.1换型后高加危急疏水阀技术原理
（1）采用预启阀结构
高加危急疏水阀摒弃传统平衡式结构，均采用预启阀结构，采用该结构的有以下几大特点：
1）预启阀结构，阀门的关断性进一步增强，保证高加危急疏水阀的泄漏等级远远高于ANSI B16.104-V级标准。

2）预启阀结构，降低了阀门因前后压差所产生的不平衡力，对执行器的力矩要求也同
步降低。

（2）关断调节分离
阀门关断位置与调节位置分离，阀门关断采用预启阀硬密封，保证关断性。

阀门调节设
计在阀座下套筒位置，下套筒通流孔设计为等百分比调节，该设计既防止了密封面在小开度
情况下空化气蚀，又保证了高精度的调节性。

4.2背景技术
（1）当选用调节型阀门时，国内外一般采用平衡阀芯设计，关断严密性差，容易冲刷
内件及阀体底部。

（2）高加危急疏水调节阀是一种专门用于高加危急疏水系统等大流量、大口径、高精度、大压差、饱和介质的特种调节阀。

目前市场上大多数运行中的高加危急疏水调节阀，由
于在系统中使用时，阀门的开启时需要很大的开启力，经常会发生阀门不容易打开的现象，
进而会造成该高加危急疏水调节阀的开启失效，从而带来更大的安全隐患。

（3）高加危急疏水调节阀在开启过程，介质会对密封面产生冲刷，并且会伴随有气蚀
和闪蒸现象，从而大大的缩短了该阀门的使用寿命。

4.3设计重点
（1）减小阀门的开启力；
（2）削弱气蚀和闪蒸现象，延长高加危急疏水调节阀使用寿命。

对该类阀门进行了解体研究，针对该种材质在密封设计上的特点，及结合电厂实际运行
工况，对冲刷原因得出以下分析结果：
（1）机组运行中，水质的处理技术要求及系统的安装检修工艺，难以保证给水品质，
水中的悬浮颗粒，对平衡式阀芯的软密封环有极大的损害。

（颗粒镶嵌，会导致阀芯与阀套
的划伤和压痕，极大降低阀门使用寿命）；
（2）高压差下小开度运行，会引起强烈的介质空化现象，对阀座及阀芯造成严重破坏。

（3）现国内外设计使用的高加危急疏水调节阀均为套筒平衡式结构，该结构调节性很好，但是关断性极差，对电厂的运行维护造成了极大的浪费。

下图为高加危急疏水阀的改造示意图：
结构型式及作用：
(1)先导式阀芯设计，确保实现Ⅴ级泄漏标准；
(2)加大泄流通道，平衡阀芯上下压差，减小执行力；
(3)整体结构采用三级套筒式结构，有利于控制介质流速，实现精确调节；
(4)多级减压设计，减弱饱和水气蚀破坏，延长使用寿命。

(5)阀内件密封面采用stellite堆焊，泄漏等级高于ANSI B16.104-V级标准。

(6)阀门便于维护，易损件易于修理、易于更换。

结束语
通过对高加危急疏水调节阀阀内件的改造，优化了调节性能曲线，削弱气蚀和闪蒸现象，延长高加危急疏水调节阀使用寿命，提高了设备可靠性。

参考文献：
西安秦申高加危急疏水调节阀介绍
fisher调节阀检修基础知识。