电厂主蒸汽系统气液两相流疏水器阀门内漏说明及解决措施

      电厂主蒸汽系统气液两相流疏水器阀门内漏说明及解决措施，发电机组电动主汽门前、后疏水系统的电动截止气液两相流疏水器阀门阀体温度多年一直偏高，疑为阀门发生内漏，经更换阀门，阀体温度依旧偏高，对阀体进行解体发现阀门没有发生内漏，对疏水管路进行了试验，分析试验结果发现，阀体温度过高是由不合理的管阀布局引起的。并针对管阀布局提出了改进措施，为解决电厂阀门温度过高问题提供了参考。
       在火力发电厂中，疏水阀门是机组的重要组成部分，热力系统中的主蒸汽管道、高压缸排汽管道、再热段蒸汽管道等许多管道和设备部位都设置了必要的蒸汽疏水阀门。由于工作环境恶劣，蒸汽疏水阀门发生内部泄漏故障的问题比较普遍。安全生产是火力发电厂生产工作中的重中之重，阀门内漏将使运行中设备无法隔离消缺，安全措施无法执行到位，严重威胁检修工作人员的生命安全。同时，疏水阀门内漏也会对机组运行的经济性产生不良影响。
1、电厂主蒸汽系统气液两相流疏水器阀门内漏事件背景
       10、11号（2×300MW）亚临界燃煤发电机组。汽轮机为东方汽轮机厂制造，N300-16.7/537-537型。亚临界压力一次中间再热两缸两排汽凝式汽轮机。机组主要设计参数见表1。
       10、11号机组电动主汽门前、后疏水系统的电动截止气液两相流疏水器阀门阀体温度多年一直偏高。图1为电动主汽门前、后疏水系统管阀布局图，A-E为主蒸汽母管，A-E间是电动主汽门（简称阀1）；A-B-C-D图1电动主汽门前、后疏水系统管阀布局为电动主汽门前疏水管道，C-D间有一个手动截止阀（是电动主汽门前疏水一次阀，简称为阀2）；E-F为电动主汽门后疏水管，E-F间有一个手动截止阀（是电动主汽门后疏水一次阀，简称为阀3）。前后疏水管合并为F-H管，合并后有一个电动疏水截止总门（又称电动主汽门前、后气液两相流疏水器阀门，简称为阀4）。电动疏水截止总门后进凝结器。长期以来阀4的阀体温度一直很高，认为是阀门内漏而产生，使得高品质蒸汽不仅没有做功还给汽轮机带来了安全隐患，严重影响了电厂的经济性和安全性。
2、电厂主蒸汽系统气液两相流疏水器阀门内漏原因分析
       (1)电动气液两相流疏水器阀门关闭不严。通常情况下，阀2、阀3两个手动阀是常开的，只需用阀4电动疏水总门作为疏水系统的控制阀门，当电动气液两相流疏水器阀门出现问题或需要维修时，阀2、阀3两个手动阀才需要关闭。电动主汽门前、后的疏水管道是从A-E主蒸汽母管接过来的，因此，通过两个手动门和电动疏水总门的压力、温度都非常高。机组启机以后，阀2、阀3两个手动阀打开，疏水工作完成以后，关闭电动疏水总门阀4，如果电动气液两相流疏水器阀门阀4关闭不严，阀门温度一定会高，而且会越来越高。
       (2)电动气液两相流疏水器阀门内漏。在高温高压下，如果阀4使用普通电动截止阀，抵抗冲刷的能力不够，很小的内漏都会导致阀门温度高。
       由于阀门内漏的检测手段不够先进，只通过检测阀体温度来判断阀门是否内漏不够科学，很长时间都认为这个位置即使更换国内外再好的阀门也会出现微小内漏。
3、电厂主蒸汽系统气液两相流疏水器阀门内漏事件处理
3.1使用更可靠的电动气液两相流疏水器阀门
       电动气液两相流疏水器阀门更换了国内外多个厂家的阀门，换来换去温度依旧很高，每次停机都必须检修，拆下的阀芯、阀座的确有冲刷。修磨以后，使用3～5个月阀体温度有160℃左右。说明原来阀门是关闭不严的，存在内漏。
       为了找到更优的解决办法，在2015年将#10机组，将阀4更换为湖南某公司的复合阀。然而阀体温度依然在100℃以上，为了进一步证实阀门是否内漏，在一次停机时，进行了阀门解体，取出的阀芯、阀座没有发现任何地方被冲刷，证明阀门不内漏，阀体温度高另有原因。
3.2查找原因试验
       (1)试验一如图1机组启机时，两个手动阀阀2、阀3都打开，此时电动气液两相流疏水器阀门阀4也打开，进行疏水过程，当达到一定负荷时，电动气液两相流疏水器阀门阀4才关闭。
       正常情况下，在机组开机后，阀2、阀3两个手动阀保持在开启状态，阀4电动气液两相流疏水器阀门为关闭状态。为查找原因，将阀3手动阀关闭，观察电动气液两相流疏水器阀门的温度变化，一个多小时以后，电动气液两相流疏水器阀门阀4温度降到了常温。当将阀3手动阀恢复到原来开启状态时，管阀温度又恢复到原来开启状态。
       (2)试验二同试验一，在机组正常运行后，阀2、阀3两个手动阀是开启状态，阀4电动气液两相流疏水器阀门是关闭状态。此时将手动阀阀2关闭，观察电动气液两相流疏水器阀门的温度变化，过了一个多小时之后，同试验一结果一样，电动气液两相流疏水器阀门温度也降到了常温。
4、电厂主蒸汽系统气液两相流疏水器阀门内漏结果分析
4.1管阀布局分析
       (1)电动主汽门前、门后的疏水管道A-B-C-D和E-F，当两个手动截止阀阀2、阀3同时打开，电动气液两相流疏水器阀门关闭时，A-B-C-D和E-F与电动主汽门母管A-E形成了一个旁路通道。
       (2)旁路的F点是一个三通，电动气液两相流疏水器阀门阀4在三通的后面，而在三通F点处的压力、温度等同于主蒸汽母管压力、温度，况且F点距离电动气液两相流疏水器阀门阀4很近不足1m。
       (3)在电动气液两相流疏水器阀门阀4关闭后，由于F-H管段属于盲肠管段，此时管道内的蒸汽通过管壁、保温层与环境进行热交换，会使管段内的过热蒸汽凝结成水，又由于该管段是水平布置，凝结下来的水会流向F点。而在F点由于“旁路”中的蒸汽流动，又会将流入F点的凝结水带入主蒸汽母管，并在这个过程中又被汽化。此过程在管道中不断重复进行，这就是疏水管道F-H与电动气液两相流疏水器阀门阀4温度长期偏高，一直降不下来的主要原因。
表2典型阀门密封结构优缺点
4.2气液两相流疏水器试验结果分析
       (1)从试验结果可以看出，关闭任意一个手动截止阀阀2或阀3，电动气液两相流疏水器阀门阀4的温度都降到了常温，说明气液两相流疏水器阀门关闭是严密的，该厂复合阀质量是绝对可靠的。
       (2)阀门内漏可以根据GB/T34618-2017《蒸汽疏水系统在线阀门内漏温度检测方法》标准[5]计算内漏量，从而判断阀门是微漏、一般泄漏、还是严重泄漏。
       (3)从管阀布局可以看出，只要在旁路上，关闭任意一个手动截止阀，都能使电动气液两相流疏水器阀门阀4降到常温，因此在机组正常运行时，只要实现“旁路”隔断，就能解决长期存在的问题。
4.3疏水系统典型阀门优缺点
       对于普通阀门来说，密封付的结构不外乎是平面密封结构、锥面密封结构、球面密封结构、刀型密封结构和圆柱密封结构。对于高温高压疏水阀门而言，除安全因素外，更主要是关断严密，经久耐用，因此，通常密封付的结构采用单一锥面密封或单一球面密封结构。但由于恶劣的工况条件，单一锥面密封和球面密封的阀门，也很难做到经久耐用，操作开关一段时间就会产生内漏，只要一停机，就要安排维修或切下来更换。
       根据各密封付结构特点，在疏水系统中阀门频繁动作的要求，上面已提到的这种复合阀印证了这种结构理念，它采用两道密封，一道球密封另一道是锥面密封，关断严密，使用寿命长。特别是在电动阀门防止冷热态零位迁移、防止启机初期阀门关闭不严和防止阀芯、阀座不被冲刷方面，复合阀都很好的克服了普通阀门的缺陷。
5、电厂主蒸汽系统气液两相流疏水器阀门内漏改进措施
       从结果分析可以看出，机组正常运行时，如果不存在“旁路”或能将“旁路”隔断，就可以达到降低阀门温度的目的，因此得出两种解决方案。
       (1)消除“旁路”。将系统增加一个阀5和部分疏水管道，见图2。这样改进实现了把电动主汽门前、门后的疏水管路分开，在去凝结汽前不形成旁路。
       (2)隔断“旁路”。具体做法见图3，既只要将任意一个手动截止阀阀2或阀3更换成电动阀，且保持这个电动一次门与电动气液两相流疏水器阀门阀4控制信号同步或使用同一个开、关信号。
图2消除“旁路”方案图
       其他一些方案也能解决阀4温度高的问题，如将疏水管道F-H段改成垂直布置。但其它方案的经济性和可实现性都没有上述两种方案高。通过消除或隔断“旁路”能够彻底解决问题。
图3隔断“旁路”方案图
6结论
       本文通过更换阀门和进行试验查明了电动气液两相流疏水器阀门温度过高的原因，并给出两个可行的解决方案，总结出以下几点为解决电厂阀门温度过高问题提供参考。
       (1)在热机系统的主蒸汽疏水、主汽门前、门后疏水、高压导管疏水系统中，以及锅炉疏水、排污、排汽等系统中，在某些特定条件下，阀门温度高，并不代表阀门内漏，可能是由不合理的管阀布局造成的。
       (2)不合理的管阀布局如同阀门内漏一样，严重威胁机组运行的安全性和经济性。如在本案例中，电动主汽门前后疏水管道AB、BC、CD相当于一个散热器，而疏水管道H-F段就相当于一个凝汽器，在机组的运行中，会造成热能的浪费，对电厂来说是极不经济的。而且“旁路”的存在，会使在事故状态下，电动主汽门不能切断主蒸汽，造成安全隐患。
       (3)火电厂热力系统管阀布局不合理的问题，大多是在火电厂设计、安装时就留下来的。火电厂热力系统管阀布局与节能是一个目前值得深入探讨与研究的课题。