超临界机组主蒸汽气动疏水截止阀的分析与选型_赵国钦

作者简介: 赵国钦( 1976 ) ， 男， 河南许昌人， 工程师， 从事火电厂设备管理工作。 文章编号: 1002- 5855( 2013) 02- 0026- 02 超临界机组主蒸汽气动疏水截止阀的分析与选型 赵国钦 ( 广东粤电靖海发电有限公司， 广东 汕头 515223) 摘要分析了 600MW 超临界机组中， 主蒸汽疏水系统用气动疏水截止阀出现内漏的原因， 介 绍了既能保证充分疏水， 又能避免运行过程中内漏的小阀瓣气动疏水截止阀的结构、 设计和选型。 关键词发电站闸阀; 疏水截止阀; 设计; 选型 中图分类号: TH134文献标志码: A Design and Model Selection for Main Steam Pneumatic Trap Globe Valve in Super Critical Unit ZHAO Guo- qin ( Guangdong Jinghai Power Generation Co ， Ltd ， Shantou 515223， China) Abstract: The paper analyses the causes for inner leakage of the pneumatic trap globe valve used for the main steam drainage system in 600 MW super critical unit and introduces the structure，design and model selection for small disk pneumatic trap globe valve which can ensure both sufficient hydrophobic and avoiding inner leakage in the process of operation Key words: gate valves for power station; trap globe valve; design; model selection 1概述 国内电厂超临界 600MW 机组中， 主蒸汽疏水 系统由于压力和温度高， 疏水阀的前后压差大， 气动 疏水阀多选用截止阀。但由于气动截止阀在实际的 使用中， 经过几次开关后容易出现阀门关闭不到位 导致的内漏或阀瓣部位直接出现内漏， 造成机组运 行期间高能蒸汽的浪费。 2系统配置 目前， 国内超临界机组高温蒸汽系统疏水管路 布置主要采用手动疏水截止阀 + 气动疏水截止阀 + 疏水节流孔的形式( 图 1) 。手动疏水截止阀的作用 主要是便于在气动疏水截止阀出现问题后可以进行 有效隔离， 疏水节流孔的主要作用是在疏水阀打开 时减小阀门前后压差， 减轻疏水对阀瓣部位的冲刷。 疏水节流孔的孔径一般约为阀瓣通径的 1/2， 即节 流孔面积相当于阀瓣面积的 1/4。疏水系统设置节 流孔既能满足正常疏水能力要求， 又能在疏水时降 低阀门前后压差， 降低阀瓣部位的汽水两相流冲刷。 1 手动截止阀2 气动截止阀3 疏水节流孔 图 1疏水系统布置方式 图 2阀瓣部位的冲刷沟痕 3常见问题 在实际运行中， 疏水截止阀经过一段时间的使 用后， 阀门虽然关闭， 但阀门后的温度仍然很高， 接 近于主蒸汽温度。在拆解检查时发现， 阀瓣密封部 62阀门2013 年第 2 期 位出现明显的沟状冲刷痕迹， 密封面不能完好密封 ( 图 2) 。由于疏水截止阀阀瓣组件检修处理时无法 更换或重新加工， 在阀门内漏后只能采取更换的措 施。而现场实际使用的手动疏水截止阀虽然经过开 关操作， 极少出现内漏现象， 且在手动疏水截止阀关 闭后可以做到完好的隔离。经过分析， 气动疏水截 止阀内漏与关断压力不足和关断刚度不足等原因有 关。 4原因分析 4 1通流面积 在 600MW 超临界机组中， 高温蒸汽疏水管路 的布置方式存在疏水截止阀后的节流孔面积与阀门 通流面积差别大的问题( 表 1) 。 表 1疏水系统通流面积 名称 管道 规格/mm 疏水截止阀 口径/mm 节流孔 口径/mm 节流孔面积/ 通流面积 主汽管道疏水889主汽阀阀体疏水 486 1022510016 高导管疏水508 1122512023 4 2气动执行机构 疏水系统阀门主要采用弹簧气动薄膜执行机 构， 该机构价格低， 可靠性高， 但压紧力和刚度较小， 容易导致疏水截止阀出现因关断力矩小阀瓣关闭不 严产生的内漏现象。 5设计 为了在标准的气动执行配置下阀瓣能获得更大 的压紧力， 疏水截止阀设计时的实际通径选用公称 通径的 0 7 0 8( 通流面积的 0 49 0 64 倍) 倍。 5 1执行机构输出力 有弹簧的气动薄膜执行机构输出力 F 为 F = AcpF= Ac( p pi pr l L )( 1) 式中F 执行机构输出力， N Ac 执行机构有效面积， mm2 pF 输入压缩空气压力， MPa P 信号压力， MPa Pi 弹簧的启动压力， MPa Pr 弹簧作用于薄膜上的压力变化范围， MPa l 阀门的位移量， mm L 弹簧的全行程变形量， mm 根据式( 1) 分析， 如需增加执行机构的输出力 F， 就需要增加 pF或增大有效面积 Ac。但在实际的 使用中， 为减少生产成本， 经常采用提高 pF的方法 增加 F。但由于薄膜的耐压能力有限， pF的增加也 受到一定的限制。 5 2阀瓣密封面压紧力 阀瓣密封面部位的压紧力越大则阀门的关闭越 严密， 压紧力越小则阀门的关闭严密性受外界影响 时越容易出现泄漏。气动疏水截止阀整体作用于阀 瓣密封面的压紧力 F为 F = F Ft Ff Fw( 2) 式中F 阀瓣密封面的压紧力， N Ft 作用在阀瓣上的不平衡力， N Ft 阀杆所受的填料摩擦力， N Fw 阀瓣各部件的质量， N 由于 Ft和 Fw受到设计和安装条件的限制， 无 法进行调整， 因此提高 F， 需要提高 F 和减小 Ft。 以 DN25 主蒸汽阀门为例， 计算疏水截止阀工作时 的反作用力( 表 2) 。分析表 2 中数据， Ft占反作用 力总和的 83%， 因此在实际设计计算中主要考虑减 小阀瓣前后压差所产生的反作用力 Ft是最有效的 方法。 表 2疏水截止阀工作时的反作用力 项目 阀瓣面积 m2 阀瓣前后压差 MPa 不平衡力 kN Ft415 10 42711 21 Ft 根据阀杆直径取值 226kN Fw 实测阀瓣组件总质量 005kN 5 3选型 在高压蒸汽系统疏水截止阀门的选型上， 按照 较小阀瓣通径的设计原则， 即阀门的实际通径取公 称通径的 0 7 0 8 倍， 可以将阀瓣前后压差产生的 反作用力 Ft降低至原设计的 0 49 0 64 倍， 阀瓣 的压紧力得到明显的提高。以常规的超临界主蒸汽 疏水截止阀为例， 一般设计气动执行机构的裕度为 30%， 不改变执行机构的情况下， 阀门通径更改为原 设计的 0 7 0 8 倍， 则阀瓣的压紧力为原设计密封 面压紧力的 1 67 2 16 倍( 表 3) 。因此将阀门的 通径减小， 提高了阀门的性能。可以满足设计疏 水流量的要求。阀瓣压紧力提高， 阀门的关闭严 密性得到提高。由于阀瓣压紧力增加， 阀门关闭 后的刚度得到提高。由于阀门阀瓣较小， 阀瓣组 件可以采取硬质合金整体堆焊加工， 避免表面堆焊 带来的后续工艺流程， 减少加工成本。 ( 下转 32 页) 722013 年第 2 期阀门 段， 各段之间用螺栓连接， 便于安装和运输。 由于发货前阀门需拆卸解体， 到现场进行二 次安装， 加长支架及加长阀轴各段连接处配打防松 销， 便于保证达到原来的装配位置。 加长支架各段之间设计有校正盘， 便于校正 各段加长阀轴之间的同心度。 下部装有推力轴承， 减少加长阀轴及相关零 件自身重力产生的摩擦阻力矩， 阀门开启轻便灵活。 上端装有调心球轴承， 调整上下阀轴安装的 同心度， 便于安装驱动装置。 加长支架上设有排水孔， 防止阀门的上阀轴 处漏水进入加长支架内， 如果内部存水达到一定高 度时， 便从排水孔排出， 避免浸入驱动装置。 1. 推力轴承架2. 推力轴承3. 加长支架 4. 加长阀轴5. 校正盘6. 内防松销 7. 外防松销8. 排水孔9. 调心轴承架 10. 调节轴承11. 底板12. 调整盘 图 2同轴式大口径蝶阀加高装置 加长支架上设有底板和调整盘， 把调整盘焊 在外管上， 底板焊在井盖上， 通过调整螺栓将外管调 整到合适位置， 避免外管的重量直接作用在阀体上。 4结语 DN2 000- PN10 立式加高蝶阀( 阀门以外加高 杆长度 10. 4m) 经现场使用运行良好， 已获得实用 新型专利证书。 参考文献 1 徐灏 机械设计手册 M 北京: 机械工业出版社， 1991 2 杨源泉 阀门设计手册 M 北京: 机械工业出版社， 1992 ( 收稿日期: 2012. 03. 30 ) ( 上接 27 页) 表 3改变阀瓣设计尺寸阀瓣压紧力的变化 阀门通径/mm 执行机构 输出力/kN 阀门反 作用力/kN 密封面 压紧力/kN 23( 标准通径)175713 524 05 175( 07 倍通径)17578 8877 20( 08 倍通径)175710 796 78 6结语 在发电厂高压蒸汽系统中， 由于采用疏水截止 阀 + 节流孔的设计方式， 阀门可以选用较小的阀瓣 通径， 建议选取公称通径的 0 7 0 8 倍( 大于疏水 节流孔直径) ， 既满足实际使用的疏水量要求， 又提 高阀瓣密封面的压紧力和整体气动疏水截止阀的关 闭刚度， 避免气源压力不稳定或较小时造成的阀门 内漏。 参考文献 1 陆培文 调节阀实用技术 M 北京: