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关于汽轮机旁路系统与阀门选用

    在火电机组的热力系统中,汽轮机旁路系统已成为中间再热机组热力系统中的一个重要组成部分。当锅炉与汽轮机的运行工况不相匹配时,锅炉生产的蒸汽量与汽轮机所需蒸汽量之间的差值可以不进入汽轮机而经旁路减压减温后直接引入凝汽器。中间再热式机组的旁路系统,是单元式机组启停或事故工况时的一种重要的调节和保护系统,尽管旁路系统的设置会使得投资增加,但却能以保护再热器、缩短启动时间、减少启动热损失、增加机组运行的灵活性及延长机组使用年限等效益而得以补偿。旁路系统主要由调节阀和控制装置两部分组成,其连接型式、功能选取、容量大小等等对于机组的运行有着很大影响。

    1 旁路系统结构

    汽轮机旁路系统一股采用高、低压2级串联布置型式,2级串联旁路系统适应性广,既适用于基本负荷机组,也适用于调峰负荷机组,还适用于高压缸启动或中压缸启动机组。在我国300MW机组上广泛应用。


    2级串联旁路系统由高压旁路和低压旁路串联布置组成(图1),蒸汽由主汽阀前引出,首先经过高压旁路,其压力和温度降到汽轮机高压缸排汽参数,再进入再热器,然后,再热的蒸汽经过低压旁路,进一步降低其参数,引入凝汽器喉部。国产旁路执行机构主要分为电动和液动两种方式(表1),国产旁路系统一般采用电动方式。进口旁路系统有液动、电动和气动方式。

    2 阀门类型

    在旁路系统中,阀门是重要的装置之一。典型的150MW机组中,15%~40%容量高压旁路系统阀门一般包括减温减压阀(BP)、喷水隔离阀(BD)和喷水调节阀(BPE),低压旁路系统阀门一般包括减温减压阀(LBP)和喷水调节阀(LPE),此外还可以根据用户需要选配低压旁路喷水隔离阀(LBD)及三级减温水调节阀(TSW)。

    3 阀门安装

    为保证汽轮机和旁路系统安全、延长阀门寿命、可靠使用和调节精度,以及汽轮机旁路系统的经济效益的最大发挥,阀门正确安装不可忽视。

表1 旁路系统执行机构技术对比

图1 2级串联旁路系统

 (1)管路配置

    阀门安装前,检查汽机旁路系统中蒸汽和喷水管道布置及走向,其应符合汽机旁路系统阀门说明中管道布置要求,应尽最大可能排除由于管道布置不合理而引起的隐患和干扰,使旁路系统能正常运行并发挥其功能,提高旁路阀门的技术性能指标。

    ① 所有汽、水管道应避免上下迂回布置,应保持管道单向梯度布置,避免产生局部最高点或最低点,产生积水和汽穴。

    ② 阀门与管道连接,管道对阀门进出口接管应分别向外倾斜1°~5°。

    ③ 管道若布置有困难,则应安置合适的疏水器或有防振措施预热管。

    ④ 高压旁路减温减压阀(BP)中心线与主蒸汽管的最佳距离为2~215m。距离太近会使该阀在热备用运行状况中承受过高的温度,增加该阀设计成本。距离太长则会引起该阀进口处积水,从而在阀门开启时造成水击。因此需要加装2in.(50mm)的预热管(预热管布置应有防振措施),由BP阀进口接到主汽管下游20~25m处。

    ⑤ 旁路减温减压阀横卧安装需加装疏水管,以便将阀体低处的冷凝水及时排出。

    ⑥ 阀门进出口管道直段长度一般为其内径的5~10倍。

    ⑦ 阀门不能作为管道固定点和固定端,所有汽、水管道需有合理的支吊和弯头(吸收管道膨胀)。

   (2)阀门配置

    阀门与执行机构一般组装成整体形式出厂。起吊阀门时,不允许将执行机构上的吊环螺钉、手轮、切换手柄以及外露电缆作为起吊点,因执行机构零部件承受不住整台阀门的重量,吊环螺钉的设置仅作为将执行机构从阀门上拆装时起吊用,故须采用其他方法将整台阀门平稳地从包装箱内吊出。在吊装整台阀门至管道上时,亦同样严禁上述不允许的起吊方法。为避免阀门与地面和四周接触碰撞而碰伤阀门,堆放阀门用垫块应是木块、橡胶或其他软性材料,并做到阀门置放点周围环境整洁,防火、避振、防湿、防污染气体侵蚀等。

    阀门安装前,应对阀门作外观检查,将侵入阀门通道内的可见杂质和异物清除。若发现阀门进出口两端焊接坡口损伤,应加以修复。在阀门固定在管道上之前,须确认阀门标识所示介质箭头的方向与管道中介质流向一致。汽机旁路系统所有阀门应直立安装在管道上,即阀杆垂直于水平面。若阀门需横卧安装,应事先在订货合同中说明。若需要,所有阀门均需搭建固定平台或移动平台,可供2~3人直立维修阀门,并设有照明和起吊装置。阀门上下应留有足够空间,便于在检修时抽出阀门的零部件、包括电动执行机构。电动执行器机构(含智能型)的环境温度应符合要求。

    4 旁路系统检测

    旁路系统的一次仪表安装测点位于能真正反应所测参数要求的地点,需特别注意。例如高压旁路减温减压阀(BP)后温度测点应离该阀出口4~5m或更远,最好布置在第一个弯头之后,这样得到的阀后温度为汽水充分混合后的温度,真实性强,使喷水减温正确及时,系统工作正常。但是该点也不可太靠近再热器冷端,以免反映的并不是真实的BP阀后温度,导致不能及时适量喷水减温,甚至会超温。又如凝汽器温度和真空度的测点,都应按各种类型的凝汽器,在能真实反映实际工况的位置开孔布点,避免低压旁路不能正常动作,影响整个旁路系统甚至整个机组的正常投运。

    旁路系统冷态调试前应进行检测。

    ① 确认旁路系统阀门安装正确无差错,并视觉上认为阀门无异常。

    ② 阅读该型号电动执行机构的操作使用说明书。

    ③ 检查电动执行机构的控制和动力电源是否分开按图正确接线。

  ④ 控制电缆和动力电缆的接线应以该项目设计院图纸和执行机构端子盖内的接线图为准,万一有矛盾,应及时与有关各方联系,意见正确一致后再接。

    ⑤ 所用电缆应适合电流和使用现场的工况,电缆末端裸露接线部分一般使用压线端头压接,使接线牢固。

    ⑥ 电缆进线处应使用带密封垫的穿线接头,以 保证电动执行机构的防护等级。

    ⑦ 就地接线盒与阀门电动执行机构上的接线既不可太紧也不可太松,以免因热态时管道的热膨胀位移和振动,或电缆线靠在阀门和管道上受烘烤,而造成断线,失控甚至短路损坏设备。

    ⑧ 接线应牢固、可靠,以免热态振动后松脱,造成故障或事故。

    ⑨ 控制信号电缆应采用屏蔽电缆,并与动力电缆分开布置,避免干扰。热电偶温度变送器要用补偿导线(注明不要的除外)。

    ⑩ 汽机旁路的控制电源应为互为冗余的UPS和保安电源,而执行机构的动力电源应为保安电源。

    11对照执行机构上的有关铭牌检查确认工作环境温度、动力电源相数、电压等级和频率、对地绝缘和相间绝缘、相序(有自动相序调整的除外)、缺相和过电流及过热等保护功能、动作频率与换向时间等。

    12 执行机构与控制柜及控制柜与操作显示盘(或CRT)之间应具备受电条件,切换信号明确。静态调试该临时强制的信号应先强制,以保证调试时就地、远方手动操作或模拟投自动时可操作。

    5 阀门检测

    5.1 冷态调试

    阀门安装后应进行检查和调试。

    ① 电动执行器完好,具备摇控和手动操作阀门的条件。
    ② 电动执行器位置发送器与主控室仪表静态调整到位,显示仪与阀门实际开度保持一致。
    ③ 阀门零部件末卡、未阻、末漏,阀位指示正确。
    ④ 阀门螺栓、螺母等紧固件紧固己到位(含与电装连接零件)。
    ⑤ 所有阀门在驱动前,必须用电动执行器手轮手动全开全关阀门一次,无异常现象。
    ⑥ 所有阀门分别通电,电动全开、全关阀门三次,无异常现象发生,阀杆无卡阻,电机升温正常。
    ⑦ 调节型电动执行器静态输入信号(4~20mA或0~10V等)启闭阀门,确认阀位与调节信号一致。
    ⑧ 再一次检查阀门零部件(主要是紧固件)是否有松弛现象,并确保阀门完好投运状态。

    5.2 热态调试

    (1)启动阶段

    机组处于启动阶段,阀门热态投运调试前必须检查每只阀门的阀体与阀盖或阀体与法兰处以及自密封处有无介质泄漏,如发现介质泄漏,应根据现场运行条件及规程,拧紧阀盖、法兰处的紧固件或吊紧自密封处的紧固件,在无效果的情况下,可确定阀盖、法兰处密封面上缠绕垫片己损坏。为避免泄漏状况进一步扩大而损坏阀门,必须立即采取措施将泄漏的阀门从系统中拆除,在检查出造成泄漏的最终原因,并予以排除的情况下,方可再次投入运行。检查各阀门填料函的情况,若有泄漏,须均匀拧紧项料压盖处的紧固件,直至泄漏彻底消除。否则应伺机更换填料。当高压旁路减温减压阀(BP)、喷水隔离阀(BD)和喷水调节阀(BPE)都处于关闭状态下,减温减压阀的出口管道(阀后)内介质温度较大于再热器冷端运行工作温度,则是减温减压阀的密封面有泄漏现象,导致未经喷水减温的蒸汽流至阀后,提高了阀后温度,此时,应对阀门检查。

    ① 检查减温减压阀的关闭位置是否到位,即开度指针是否指向行程标尺的“0”位,如“0”位偏差较大,则密封面处有异物卡阻。
    ② 若1)所列情况正常,则应考虑减温减压阀的密封面可能损伤后引起密封面处泄漏,并造成减温减压阀出口管道介质温度升高。
    ③ 通过检查,确定引起密封面处泄漏的原因后,须采取相应调整或修复措施加以恢复。
    ④ 当高压旁路减温减压阀(BP)、高压旁路喷水隔离阀(BD)和高压旁路喷水调节阀(BPE)都处于关闭状态下,减温减压阀的出口管道(阀后)内介质温度低于再热器冷端运行工作温度,并且高压旁路喷水调节阀(BPE)的出口支管温度近似于高压旁路喷水隔离阀(BD)的进口支管温度,则高压旁路喷水调节阀和高压旁路喷水隔离阀有泄漏现象,应寻找泄漏原因采取相应调整措施进行修复。
    ⑤ 当低压旁路减压阀(LBP)和喷水调节阀(LBPE)密封面处有泄漏现象,应寻找泄漏原因采取相应调整措施进行修复。

   (2)考核运行阶段

    机组首次作起动、调试和考核运行时,汽机旁路系统阀门应根据电厂运行指令进入热备用或投入,只有通过旁路系统阀门热态投运调试才能验证旁路系统所设计的功能,根据调试所采集的数据来修正旁路系统参数,使旁路系统处于最佳状态。

    ① 高压旁路系统阀门热态试验 根据机组的启动曲线进行,并记录减温减压阀(BP)介质进出口压力和温度及阀流量和开度值、喷水隔离阀(BD)介质进口压力和温度及阀门流量和开度值、喷水流量调节阀(BPE)的阀门开度值与机组运行负荷值。

    ② 低压旁路系统阀门热态试验 根据机组运行状态进行,并记录减温减压阀(LBP)介质进口压力和温度及阀门流量及开度值与喷水调节阀(LB2PE)的进口压力和温度及阀门流量及开度值。

    ③ 调整 阀门和电动执行机构出厂前都己作过联动调试,各阀门相应的启闭力矩和行程都按设计要求进行了整定,但经运输、安装后,热态调试时可能会发现漂移或与实际需要有些偏差,则可在铭牌和说明书中所示允许范围内进行适当调整,以符合实际工况要求,保证旁路正常投运。

    6 结语

    旁路系统的设置应根据锅炉及汽机的机组特性、功能要求、技术经济比较等多方面因素来选择,鉴于我国实际情况,旁路的设置应以实用、可靠、少投资为原则。国产旁路系统在业绩、引进技术的双重支撑下,有较高的实用性、可靠性,价格比进口产品低很多。

    参考文献

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