某机组高旁阀内漏故障分析及优化改造

某机组高旁阀内漏故障分析及优化改造
李　清　黄宝仓　董彦超　黄　庚　刘二峰
（湖北能源集团鄂州发电有限公司）
摘　要：高旁阀作为汽轮机中不可或缺的关键设备，其内漏严重影响机组的经济性和安全性。

本文通过分析某机组高旁阀内漏的产生原因和机理，采用优化设计方法，改善了高旁阀的结构和材料，降低了内漏风险。

通过机组的运行测试，证明了该治理方案的可行性和有效性，对同类机组的高旁阀内漏治理具有重要的借鉴意义。

关键词：高旁阀；内漏；经济性；治理方法
０　引言
在燃煤电厂汽轮机组运行中，高旁阀是汽轮机高
压缸启动控制和调节的重要阀门，其长期受到高温、
高压的过热蒸汽冲蚀，尤其是在阀门处于微开启或小
开度时，阀门前后压差极大，高参数的蒸汽将直接冲
刷阀芯、阀座密封面［１］。

长此以往，将造成密封面被
破坏、蒸汽内漏、阀后温度升高、减温水投放量大，
影响机组的经济性和安全性，也增加了维修维护的工
作量和费用。

某机组装设一台４０％ＢＭＣＲ高旁阀，型号为ＨＢ
ＳＥ２８０ ２００ １，采用气动控制。

高旁阀的工作参数见表１。

表１　高旁阀技术参数
主蒸汽量／（ｔ／ｈ）
高旁
流量
／（ｔ／ｈ）
入口蒸
汽压力
／ＭＰａ
出口蒸
汽压力
／ＭＰａ
入口蒸
汽温度
／℃
出口蒸
汽温度
／℃
气源压力
／ＭＰａ
２２５０９００２５ ５５ １１５７１３５５０ ６１　
高旁阀运行情况及内漏原因分析
１ １　高旁阀运行情况
该机组高旁阀自投运以来，长期存在内漏情况，轻则造成密封面缺损，重则导致整个阀芯冲起沟壑，每次停机检修都需要维修处理；每逢大修，还需对整套阀内件进行更换，更换完成后很快再次内漏，未能从根本上解决内漏的问题。

频繁的阀门解体、维修密封面、更换密封件等工作，大大增加了维修维护的工作量和费用，同时影响机组经济性［２ ３］。

１ ２　高旁阀内漏原因分析
针对该机组高旁阀内漏问题，经分析，主要原因包括以下几方面：
（１）在启机过程中长期小开度运行，蒸汽过热度未达到饱和状态，湿蒸汽冲刷密封面，蒸汽夹带水珠对密封面冲刷极大，严重者开机一次就破坏密封面造成内漏，如图１所示。

（２）该机组高旁阀采用平衡密封环来消除阀芯上下压差，使用过程中其将跟随阀芯上下运动发生磨损，蒸汽通过动密封流经平衡孔进入阀后，导致阀后温度偏高。

（３）在高旁阀的运行过程中，由于振动、冲击或热蠕变等影响，造成阀门部件之间的连接松动，对中不良，导致阀门内漏。

（４）阀座材料的强度、硬度等性能下降，发生疲劳裂纹，造成阀门密封面损坏，从而引发内漏问题。

图１　阀座密封面显著冲刷
２　高旁阀内漏治理措施
针对该高旁阀存在的问题，进行如下结构重优化设计并进行改造，以充分解决上述问题［４］。

（１）小开度防冲刷设计，通过在阀芯设置节流
和降速段，使阀门在小开度时，介质压力和流速有效降低，减轻密封面被冲蚀的可能性；在阀芯端部设计保护沿，避免高温高压介质对密封面的直接冲蚀，有助于提高密封副的寿命。

（
２）优化平衡密封环型式，采用耐高温柔性石墨填料密封替代原平衡密封环，极大程度上减少蒸汽通过平衡孔串气的可能。

（３）采用分瓣环结构型式固定阀芯、阀杆，将分瓣环设计为过渡配合，保证在使用中受热发生膨胀后产生自锁，以将阀芯卡紧无松动晃动。

对阀芯的密封端部设置带锥度的导向头，对变形或者偏斜强制对中，最终引导阀芯良好对中。

（
４）针对密封副易断裂，不耐冲刷的问题，采用镍基焊接材料堆焊，经多道次焊接完成，严控焊接温度、焊接速度、焊接厚度，同时进行焊后热处理，
以提高密封面的热稳定性。

图２　结构重优化后的高旁阀
３　应用效果
２０２３年对已存在泄漏的某台机组按此方案进行了技术改造，经对比，在机组相同负荷下，高旁阀后温度显著降低，且均低于限定阈值。

高旁阀多次调整后，再对超过３０天的运行数据进行监测，阀后温度一直低于高压缸排气温度，证明本次的改造方案有效可行，解决了高旁阀内漏的问题。

高旁阀改造前和改造后的阀后温度如图３和图４所示，温度对比见表２。

表２　改造前后烟气温度对比表
机组负荷／ＭＷ
主蒸汽温度／
℃高压缸排气温度／℃
高旁阀后温度／℃旁路系统状态／℃改造前５６０ ６５６３３２５３４９ ３超温改造后
５６０ ９
５６６
３２６
２５７ ６
正常
注：以上高压缸排气温度、高旁阀后温度取值均为３０天的监测均值。

图３　高旁阀改造前的阀后温度监测
图４　高旁阀改造后的温度监测
４　改造经济效益分析
高旁阀的泄漏将导致机组能耗的增加，一方面因泄漏导致机组蒸汽量产生无功损耗，另一方面由于蒸汽温度高将投入减温水，以避免管道超温。

基于热平衡与质量平衡原理，及等效热降法进行高压旁路阀泄漏经济性计算。

４ １　燃煤损耗
根据热平衡方程，可得：
ＧＡｈＡ＋Ｇｘｈｘ＝ＧＢｈＢ
（１）
式中，ＧＡ、ＧＢ分别表示高旁阀与高压缸排气管的节点前和节点后的泄漏量；ｈＡ和ｈＢ则表示Ａ点和Ｂ点的高压缸排气焓；Ｇｘ表示高旁阀泄漏量；ｈｘ表
示高旁阀漏气焓。

其中，ＧＢ＝ＧＡ＋Ｇｘ。

根据质量平衡方程可知，高旁阀的泄漏量为：
Ｇ０１＝Ｇ０－Ｇｘ
（２）ＧＡ＝Ｇ０１－Ｇ１－Ｇ２－Ｇ１１－Ｇ２２－Ｇ３３
（３）
式中，Ｇ０１表示进入汽轮机的主蒸汽流量；Ｇ０表示主蒸汽总流量，由此可以得出高旁阀泄漏量的计算公式：
　Ｇｘ
＝（Ｇ０－Ｇ１－Ｇ２－Ｇ１１－Ｇ２２－Ｇ３３）（ｈＢ－ｈＡ）
（ｈｘ－ｈＡ）
（４）考虑到高旁阀泄漏的蒸汽没有经过高压缸做功，则蒸汽等效热降减少值ΔＨ的计算公式为：
ΔＨ＝Ｇｘ（ｈｘ－ｈＡ）
（５）
蒸汽泄漏后，再热器进口温度也会出现一定程度的上升，此时循环吸收热量的减少值Δ
Ｑ的计算公式为：
ΔＱ＝（Ｇ０－Ｇ１－Ｇ２－Ｇ１１－Ｇ２２－Ｇ３３）（ｈＢ－ｈＡ）
（６）装置效率相对降低值Δη的计算公式为：
Δη＝
ΔＨ－ΔＱη
Ｇ０
Ｈ－ΔＨ×１００％
（７）
机组每年多消耗的标准煤ΔＢ的计算公式为：ΔＢ＝ＢΔη
（８）
机组运行的主要参数见表３。

表３　机组运行主要参数
序号名称符号单位参数１主蒸汽流量Ｇ０ｋｇ／ｈ２２５００００２高压主汽阀漏气量Ｇ１１ｋｇ／ｈ４９５５ ９３高压缸前轴封漏气量Ｇ２２ｋｇ／ｈ３１４２ ３５４高压缸后轴封漏气量Ｇ３３ｋｇ／ｈ３０６５ １８５高压主汽阀一抽抽汽量Ｇ１ｋｇ／ｈ１０７６００６高压主汽阀二抽抽汽量
Ｇ２ｋｇ／ｈ１１３２００７高旁阀漏气焓
ｈｘｋＪ／ｋｇ３３７５ ３３８混合点前Ａ点高压缸排气焓ｈＡｋＪ／ｋｇ３０３２ １７９混合点后Ｂ点高压缸排气焓
ｈＢｋＪ／ｋｇ３０５６ ３４１０蒸汽等效热降ＨｋＪ／ｋｇ１３０２ ２６１１装置的实际循环效率η－
０ ８９７
１２机组的标准煤耗率ｂｇ／（ｋＷ·ｈ）２９３ ４２
１３
机组的年标准煤耗量
Ｂ
ｔ／ａ
７０４２０８
根据表中参数，带入公式后可以求得Ｇｘ
、ΔＨ、Δ
Ｑ等各项指标的具体值见表４。

表４　计算结果
项目
符号单位计算结果高压旁路阀泄漏量Ｇｘｋｇ／ｈ１４２１３７ ６１装置效率相对降低值Δη％０ １９标准煤耗率增加值Δｂｇ／（ｋＷ·ｈ）
０ ５７机组年标准煤耗增加量
Δ
Ｂｔ／ａ
１８４５ ４０
注：年发电时间以５０００ｈ计。

根据采集的机组典型数据进行计算，本次汽轮机高旁阀的泄漏，使得标准煤耗增加了１８４５ ４０ｔ／ａ，假定标煤价格为６５０元／ｔ，则因高旁阀内漏导致的年燃煤损耗约为１１９９５１０元。

４ ２　减温水喷入量
高旁阀发生泄漏后，为避免高旁阀后管道超温，必须投运一定的减温水进行喷水冷却，根据热平衡原理，减温水量的计算公式如下：
Ｄｊ＝Ｄ１ （ｈ１－ｈ２）／（ｈ２－ｈｊ
）（９）
式中，Ｄ１为入口蒸汽量；ｈ１为入口蒸汽比焓；Ｄｊ为
减温水量；ｈｊ为减温水比焓；ｈ２为出口蒸汽比焓。

根据计算，为降低高旁阀后烟气温度喷入的减温水量为３６ ７８ｔ／ｈ，假定水的价格为３ ５０元／ｔ，则每年喷入的减温水量消耗为６４３６５０元，见表５。

表５　计算结果
项目符号单位计算结果入口蒸汽量Ｄ１ｋｇ／ｈ１４２１３７ ６１入口蒸汽比焓ｈ１ｋＪ／ｋｇ３３７５ ３３出口蒸汽比焓ｈ２ｋＪ／ｋｇ２８５１ ０５减温水比焓ｈｊｋＪ／ｋｇ８２５ ４６减温水量
Ｄｊ
ｋｇ／ｈ
３６７８０
注：出口温度以３
００℃计算，年发电时间以５０００ｈ计。

４ ３　经济损耗测算
根据计算结果，燃煤损耗和喷入减温水的经济损耗约为１８４３１６０元。

由此可见，高旁阀泄漏对机组运行的经济性影响极为显著，通过本次改造的成功实施，极大程度上降低了机组的发电成本。

５　结束语
（１）本研究针对某机组高旁阀内漏的现状进行了经济损耗测算，预计机组每年将产生高达１８４３１６０元的无功经济损耗。

本次改造的成功实施，极大程度上降低了机组的运行成本。

（２）通过多维度的泄漏可能性分析，提出了针对性治理方案并实施了优化改造，经过长期运行，证明该治理方案消除了原有高旁阀长期存在的内漏问题，该方法可行、有效，对提高高旁阀及旁路系统的安全可靠运行具有重要意义。

（３）高旁阀的泄漏具有普遍性，本次高旁阀内漏治理改造的成功实施，对同类型阀门的内漏治理也有良好的参考意义。

（下转第１２３页）
电气自动化控制设备内部元器件安装位置和使用方法等进行优化处理，以保证电气自动化控制设备能够正常工作。

在安装过程中，也要做好相应的调试工作［３］。

在对设备的转子、定子和线圈等配置情况进行仔细检查的基础上，必须及时清理和清除设备内部的污渍，以确保排风口和内部的降温系统正常运行。

另外，轴承是否会遭受某种程度的磨损或损伤。

如果出现磨损或损伤，就应当将其拆下更换新的部件或者进行相应的处理。

所选的零部件制造商必须提供完善的售后保障和服务机制，以确保在零部件发生故障或不安全情况时，售后人员能够及时到达现场进行处理和分析并解决问题。

３ ３　提高人员操作水平
电气自动化的操作管理需要具备相当高的专业素养，若操作技巧不够娴熟，责任心不足，将会对实际应用的质量产生负面影响。

因此，操作人员必须具备广博的专业知识和高度的责任感，同时还需要拥有充足的实践应用经验，方能胜任相关工作。

目前，我国大多数企业都面临着人才短缺问题，尤其是对电气自动化专业人才的需求非常大。

为了应对这一情况，我们需要在招聘过程中进行严格的筛选，提高招聘的门槛，并注重实际应用经验的积累。

另外，对工作人员进行专业培训是必不可少的。

确立一套岗前培训机制，以确保入职人员在入职后接受全面的专业培训，只有通过考核并达到合格标准后，方可正式上岗。

对于新进入岗位的员工，可以根据自己所学专业和技能水平制定合适的工作计划。

对于在职员工而言，随着时间的推移，可能会出现知识更新不及时的情况，因此需要定期进行培训，以确保员工保持其技术实力和知识能力的稳定性。

另外，还要加大对员工管理力度，制定合理的管理制度和流程。

确立全面的责任体系，提升所有员工的责任意识水平。

４　结束语
目前，我国的智能电网和电力系统已经取得了显著的进步，但仍有广阔的发展空间，需要解决一些实际应用中的问题。

因此，要结合自身实际情况制定科学方案，并加大对自动化设备以及相关系统的研发力度。

为提升电气自动化应用的效能，必须采取有效措施。

为了充分体现电气自动化技术的价值，必须进行深入研究技术，并在实际需求的基础上加大对其的关注和投入，包括资金和人力。

从而实现人民日常生活和企业生产的有序进行，为我国经济发展注入强劲动力。

参考文献
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［３］　张亮，李骐名．解析电力系统运行中电气自动化技术的应用策略［Ｊ］．中国科技期刊数据库工业Ａ，
２０２１（７）：１１３ １１４．
（收稿日期：２０２３ ０７ ２１
）
（上接第１２０页）
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［３］　张巍伟，姚康．超临界高压旁路阀研究［Ｊ］．大科技，２０１８（９）：２１４ ２１５．
［４］　万丽丽，李静，董胜帅．火力发电厂阀门内漏的防治方法探究［Ｊ］．安防科技，２０２１（１６）：３０．
（收稿日期：２０２３ １０ １３）。