摘要：在600MW等级汽轮机组中，低旁进汽调门通常采用门芯上设置平衡孔的方式来平衡门前门后压力，减小开门力矩，保证阀门顺利开启。同时，门芯上设置平衡孔会造成机组正常运行时低旁阀门虽然关闭，也会有蒸汽（热再蒸汽）通过平衡孔漏到门后，造成蒸汽损失。通过对低旁进汽调门进行改造，加装外置气动门连通低旁进汽调门门前和门后，同时封堵门芯上平衡孔，一方面保证阀门正常开启，同时也可消除低旁进汽调门在关闭时通过门芯平衡孔漏汽。
关键词：平衡孔；漏汽；结构性改造。
前言
华能上安电厂三单元汽轮机系东方汽轮机厂生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽冲动式汽轮机，型号为NZK620-24.2/566/566，低旁进汽调门为德国Siemens/WT设计的DUV*E20型号的角式气动阀门，正常运行时阀前压力4.3MPa、温度566℃，低旁进汽调门入口为热再蒸汽，出口接通排汽装置。该型号阀门结构设计时，未设计预启阀，只在阀门门芯上设计8个直径约16mm的通孔，连通阀门前后，平衡阀门前后压差，减小阀门开启力矩。
1.改造前低压压力调门结构分析
下图为华能上安电厂三单元低旁进汽调门改造前示意图。
从图上可以看出，该类型低旁进汽调门关闭时，由于密封环和阀笼之间有间隙，门前蒸汽通过阀笼和阀芯密封环漏汽到阀芯上部，再通过8个直径约16mm平衡孔漏到门后，平衡门前门后压力，减小阀门开启力矩。低旁进汽调门门前热再蒸汽温度最高达566℃，通过密封环漏到门后，使得门后温度大大高于排汽装置温度。正常运行低旁进汽调门关闭，实测低旁进汽调门门后温度达到150℃左右，为了降低门后温度，低旁减温水也经常性投入，这就造成高温、高压蒸汽和减温水严重浪费。下图为改造前低旁进汽调门门芯上平衡孔图。
1.1 改造方案策划及实施
在充分调研和分析后，把低旁进汽调门由原来的内平衡改造为外平衡，即将低旁进汽调门门芯上部蒸汽引出通过新加气动控制阀门接到低旁进汽调门门后，通过设定一定的逻辑控制方式，即需要开低旁进汽调门时，先将其新加气动控制阀门打开，30秒钟后再开启低旁进汽调门，需要将低旁进汽调门关闭时，两个阀门同时关闭。同时，将原低旁进汽调门门芯上的平衡孔用堵头堵死，这样就避免了通过阀芯平衡孔漏汽。这样既保证低旁进汽调门顺利开启，又避免了结构性漏汽。
通过测量计算，低旁进汽调门门芯膨胀环外径319.5mm，阀笼内径320mm，只考密封环虑径向漏汽，不考虑密封环轴向漏汽，即得低旁进汽调门门芯上密封环漏汽的通流面积最大为80πmm2。根据现场低旁压力调门门盖的实际结构，并保证通流面积，在门盖圆柱面上相隔90°方向打两个φ13mm的孔（通流面积为84.5πmm2）联通到门芯上部腔室，通过管道和气动阀门接到低旁门芯上部。新加气动门采用DN30的高温截止阀，足以满足排汽通流。，
安全方面。改造后，低旁进汽调门关闭需要开启时，新加气动门由于接通排汽装置，可完全满足卸去门前压力，使得阀门正常开启，同时，低旁进汽调门关闭时内部承受压力略有增大，主要部件如阀壳、阀笼、阀芯等承受压力为热再蒸汽压力，即4.3MPa，根据低旁厂家提供图纸，低旁进汽调门设计压力为5.3MPa，能满足要求。
方案制定后，现场对低旁进行了改造，阀盖上打孔引出管道，加装气动门，接到低旁进汽调门门后官道上。由于热再温度比较高，所采用管道、阀门均为高温高压材质，对管道焊口进行了热处理。根据改造结束后开机运行情况，低旁开关正常。
1.2 附改造后图
2 改造后效果
华能上安电厂三单元四台低旁进汽调门均已按上述方案进行了改造，在正常运行时，相同工况下，低旁压力调门门后温度是65℃，相比较未改造的前的低旁压力调门门后温度145℃低了80℃，效果明显。
3.经济效益分析
对低旁压力调门改造前漏汽计算：
根据伯努利方程，P+1/2ρv2+ρgh=C，其中，P为压强，ρ为流体密度，v为流速，h为高度，g为重力加速度。对蒸汽来说，不必考虑高度。对伯努利方程进行微分，即dP=-ρvdv，即（P1-P2）=1/2ρ（v22- v21），其中P1为热再蒸汽压力，按4.3MPa计算，P2为低旁进汽调门后压力，按照排汽装置真空-0.1MPa计算，ρ为压力4.3MPa、温度566℃下的水蒸汽密度，查表近似计算为11.86kg/m3，v1为蒸汽阀笼前的流速，可近似为0，计算出v=27.5m/s。
单台低旁进汽调门漏汽量：11.86×27.5×80π/1000000=0.3t/h。即每小时流失热再蒸汽0.3吨，温度566℃，压力4.335MPa的热再蒸汽焓值3591.9kJ/kg，汽机做完功的饱和蒸汽焓（16kPa）值2600.5kJ/kg。标准煤发热量29271kJ/kg，即单台阀门改造后节约标煤0.3*1000*（3591.9-2600.5）/29271=10.16kg/h。
4台低旁阀门改造后年节约标煤：365×10.16×24/1000×4=356吨/年。
按标煤700元/吨计算，三单元低旁进汽调门改造后每年节约费用356*700=24.92万元。根据实际投资情况，单台低旁进汽调门改造所需要备件及工程费用大约5万元，四台共需20万元，一年不到即可收回成本。
4.总结
由以上分析得知，通过对三单元机组低旁进汽调门进行结构性改造，既保证了低旁压力调门正常开启，又避免了结构性漏汽，减少漏汽折合每年节约费用24.92万元，同时降低了低旁进汽调门后温度，也减少了减温水的投入，整体效果十分显著。
作者简介：
唐二伟（1984.10.25），性别：男；籍贯：安徽怀远县；民族：汉；学历：本科、学士；职称：工程师；职务：汽轮机工程师；研究方向：热能动力
论文作者:唐二伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/18
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