汽轮机主蒸汽旁路阀安全功能及动作原理

汽轮机主蒸汽旁路阀安全功能及动作原理
作者：谢进枞
来源：《中国高新科技·下半月》2018年第03期
摘要：主蒸汽旁路阀的安全功能主要体现在机组事故工况下旁路的快开和快关功能。

文章针对三菱M701F4型燃机联合循环机组，对汽轮机主蒸汽旁路阀功能及动作原理进行分析，以及时做好事故预想，提高事故处理能力。

关键词：汽轮机；主蒸汽旁路阀；联合循环文献标识码：A 中图分类号：TK262
联合循环机组旁路系统对应汽轮机的3个压力等级，配有高、中、低压3个旁路系统，其中高中压旁路为串联二级旁路。

旁路系统除了有启动、溢流和安全3个主要功能外，还有回收工质、暖管和减少不合格蒸汽对叶片侵蚀等功能。

高压旁路把来自高压过热器的蒸汽排至再热器，中压旁路阀把来自再热器和中压过热器的蒸汽排至凝汽器，低压旁路阀把来自低压过热器的蒸汽排至凝汽器。

本文主要探讨汽机旁路阀安全功能及动作过程。

主蒸汽旁路阀的安全功能主要体现在机组事故工况下旁路的快开和快关功能。

旁路快开，可以防止锅炉超压，安全阀动作；旁路快关，可以保护冷再管道及凝汽器不超温超压。

另外，由于锅炉自身还有安全阀，所以一般会优先保护凝汽器，旁路快关会优先旁路快开。

1主蒸汽高、中、低压旁路阀快开和快关条件
1.1高压旁路阀快开条件（与的关系）
（1）没有凝汽器跳闸保护信号，汽机跳闸或者OPC动作。

（2）高旁后温度小于371.7℃。

（3）高旁后压力小于3.73MPa。

（4）高旁后温度与冷再温度差小于50℃。

1.2高压旁路快关条件（或的关系）
（1）高旁后压力大于3.9MPa。

（2）高旁后温度好质量且高旁后温度大于435℃延时30s。

1.3中压旁路阀快开条件（与的关系）
（1）中旁后温度小于220℃。

（2）中旁后压力小于0.2MPa。

（3）高旁快开或汽机跳闸或OPC动作。

（4）没有中旁快关信号。

1.4中压旁路阀快关条件（或的关系）
（1）凝汽器保护动作。

（2）中旁后温度好质量且高于250℃延时10s。

1.5低压旁路快开条件（与的关系）
（1）中压旁路快开或汽机跳闸或汽机OPC动作。

（2）低旁后温度小于200℃。

（3）低旁后压力小于0.5MPa。

（4）没有低旁快关信号。

1.6低压旁路快关条件（或的关系）
（1）凝汽器保护动作。

（2）低旁后压力大于0.545MPa。

（3）低旁后温度大于220℃。

（4）低压缸后缸温度大于110℃。

2主蒸汽高、中、低压旁路阀快开和快关动作原理分析
以中压旁路阀为例分析中压旁路阀动作原理。

当机组发生紧急情况时需要快关或者快开旁路阀，以保证设备安全。

在正常运行时，中压旁路阀由全开到全关或者全关到全开（一个开关行程）耗时一般只小于10s，不能满足保护功能的要求，而旁路阀的快开和快关通过专门的硬件可以实现阀门的快速关闭或者打开，快开时间或快关时间都小于2s。

图1为中压旁路阀快开快关原理图（图2为现场设备图）。

旁路阀的气源由压缩空气提供，进入各电磁阀、调节器、控制阀。

通过控制电磁阀、控制阀的开合和调节器后的空气压力，即可控制旁路阀操作机构的缸内气压，从而控制旁路阀的动作。

2.1旁路阀正常动作过程
正常运行时，快开电磁阀3a失电，快关电磁阀3b带电：3a、3b接通压缩空气管路，3a、3b后管道带压，控制阀4a、4b、4c、4d在压缩空气的作用下克服弹簧力，使控制阀接通了开阀调节器9a，关阀调节器9b，旁路阀处于可调状态，通过定位器输出控制调节器9a、9b调节下游管道的压力就能实现阀门的开度控制。

2.2旁路阀快开动作过程
旁路快开时，快开电磁阀3a带电，快关电磁阀3b带电：控制阀4c在弹簧力的作用下接通了与压缩空气储罐相连的较粗管段，而4a在压缩空气的作用下克服弹簧力，仍然接通中压旁路阀执行机构的开阀腔室，这样高压压缩空气就快速进入开阀腔室。

与此同时，控制阀4d 在弹簧力的作用下接通排气口，而4b在压缩空气的作用下克服弹簧力，仍然接通中压旁路阀执行机构的关阀腔室，这样就使关阀腔室里的压缩空气迅速泄压，从而实现了中压旁路的快开。

2.3旁路阀快关动作过程
旁路快关时，快开电磁阀3a任意状态，快关电磁阀3b失电：控制阀4b在弹簧力的作用下接通了与压缩空气储罐相连的较粗管段，直接与中压旁路阀执行机构的关阀腔室接通，这样高压压缩空气就陕速进入关阀腔室。

与此同时，控制阀4a在弹簧力的作用下接通排气口，这样就使开阀腔室里的压缩空气迅速泄压，从而实现了中压旁路的快关。

3旁路阀发生快关判断
以中压旁路阀为例来介绍发生快关现象。

机组正常运行时，中压旁路阀是保持全关状态；只有在机组启、停机过程中，才有可能发生中压旁路阀快关情况。

机组启、停过程中，如果中压旁路阀限位器发生脱落，控制系统画面无法监视中压旁路阀的实际开度，中压旁路阀自动控制失去控制调节能力，导致中压旁路阀后温度高于250℃延时10s，触发快关，中压主蒸汽无法及时排出，导致汽包压力突然升高，发生虚假水位，中压汽包水位会迅速下降。

由于高中压旁路为串联二级旁路，中压旁路阀发生快关，会导致高压主蒸汽无法及时排出，高压旁路阀后压力大于3.9MPa，高压旁路阀发生快关，高压汽包发生虚假水位，汽包水位迅速下降。

4故障处理
以中压旁路阀发生快关为例。

当机组在启、停过程中，发生中压旁路阀快关现象，应该立即停止升负荷，必要时适当降低机组负荷，及时加大高、中压汽包的给水流量，维持汽包水位在正常范围以内。

如是超温引起中压旁路阀快关，应及时将中压旁路阀减温器切为手动控制，开大开度，将中压旁路阀后温度降下来，并立即通知检修人员检查中压旁路阀；当中压旁路阀后温度下降至允许开时，不能立即将中压旁路阀开大，应手动缓慢打开，注意观察中压汽包水位变化，配合调节汽包给水流量，逐渐将中压旁路阀开大。

当高压旁路阀后压力下降至允许开时，也必须缓慢打开，注意高、中压汽包水位调节，由于虚假水位的变化，汽包水位调节需提前干预。

如果快关导致机组跳闸时，应调整好汽包水位，保护锅炉受热面，防止受热面发生变形，引起破裂。

5结语
针对汽轮机旁路阀安全功能及动作原理的分析，运行人员在启、停过程中应加强旁路阀的监视和控制，及时做好事故预想，提高事故处理能力，发生类似事故时，能够得心应手，保证设备安全、稳定运行。