嘉兴发电厂1号机组给水再循环调节阀为美国CCI公司生产制造。2001年5月1号机A级检修期间发现其中汽泵A、汽泵B给水再循环调节阀阀芯、阀座已严重吹损,阀芯密封面有深达2mm纵向沟槽。阀座密封面不但有纵向沟槽,且有深1mm的气孔。而电泵给水再循环调节阀阀芯、阀座吹损情况不严重,只有少许沟痕。
笔者认为造成给水再循环调节阀吹损*主要的原因是运行工况恶劣,存在严重的气蚀和闪蒸现象,及未对给水再循环调节阀进行正确的检修和调试。
1给水再循环调节阀的运行工况
机组采用滑参数启动方式,机组启动到额定负荷运行过程中,锅炉压力从很低(乃至零)逐渐升至额定值。主给水流量亦由小到大逐渐上升。主给水泵运行时,应有足够的水量流过泵体,以带走转动部分产生的热量。如果流量太小,冷却不足,会出现转子过度膨胀等异常现象,导致转子卡涩,甚至损坏给水泵。为此在给水泵出、入口之间设有再循环回路及再循环调节阀,用于机组启动过程,让给水泵出口的高压水流返回到给水泵前的除氧器给水箱。该给水再循环调节阀即起调节给水泵回流量的作用。给泵出口压力为24.7MPa,除氧器工作压力为1.1 MPa。给水再循环调节阀在流量小于148 t/h时自动开启,流量大于325t/h时自动关闭。机组在正常负荷下运行时,再循环调节阀处于关闭状态,并要求在高压差下严密不漏。因此,给水再循环调节阀始终是在高压差下运行。
2吹损原因分析
2.1气蚀现象
一个完全不含有气体或蒸汽的液体介质在高压差下,经常会遇到气蚀现象。研究表明,气蚀产生于液态区的气泡,生成气泡的必要条件是液体所处的**压力低于该液体的饱和蒸汽压力Pv。
如图1所示,给水再循环调节阀的开度根据调峰的要求频繁变化。此时阀芯、阀座脱离的空间,相当于节流孔板,高压流体流经节流孔时静压能与动压能相互转换,流速的增加导致压力降低。当压力降低至等于或低于该流体在入口温度下的汽体压力Pv时,液体中的气核即膨胀而形成的气泡,流过节流面之后,在宽敞的下游流道中流速下降,压力回升,当压力回升至P2,并等于或高于Pv时,汽泡溃裂,这即是气蚀过程(Cavitation)。气蚀的破坏力很大。据测算,汽泡破裂的瞬间压力高达300MPa。现有的工程材料一般难以抵抗其气蚀。对于不锈钢等塑性材料,在气蚀作用下,将产生麻点腐蚀,直至蜂窝状空洞损坏。而对于硬质合金等脆性材料则产生碎块损坏。
2.2闪蒸现象
气蚀现象只有当高压流体流经调节阀的节流口后,其出口压力P2等于或高于该液体的汽化压力Pv时,汽泡破裂所释放出的巨大空化能,才对节流元件(即阀芯、阀座)产生破坏。如果出口压力P2低于汽化压力Pv,在节流降压过程所产生的汽泡就不会破坏,而是夹在液体中成为“气-液两相流”,通常称为“闪蒸”流动。闪蒸流动一般不会对节流元件(即阀芯、阀座)产生破坏,但会产生阻塞流,而使调节阀流量减少。与此同时,还会产生强烈的噪声和振动。
2.3调节阀吹损严重的特殊原因
为什么汽泵A、汽泵B给水再循环调节阀吹损严重,而电泵给水再循环调节阀吹损相对不严重?由于300MW机组参与调峰,负荷变化频繁,造成给水再循环调节阀频繁开闭。虽然从开启到关闭这一过程只需3S左右,但是阀芯动作过于频繁,等于和阀座长时间处于高压差、节流状态运行。汽泵A、汽泵B是在机组带正常负荷运行时投运,而电泵只在机组启动和停运时开启投运。所以可以认为汽泵A、汽泵B给水再循环调节阀始终(或大部分时间)处于高压差、节流状态下运行,而电泵给水再循环调节阀投运时间较汽泵A、B给水再循环调节阀就非常短暂。由于时间长,气蚀和闪蒸现象对汽泵A、B给水再循环调节阀造成相当大的危害。这就是造成汽泵A、B给水再循环调节阀吹损严重,而电泵给水再循环调节阀吹损相对较轻的主要原因。
由于给水调节阀已定型,其内部固定结构无法改变。虽然美国CCI公司在设计时已经在防气蚀方面作出了很大的努力,设置迷宫式节流罩等,但是其防气蚀作用不是很大。在检修中发现迷宫式节流罩内孔和阀芯外径之间可能由于磨损,间隙较大,有0.25mm。如此造成高压给水在迷宫式节流罩内有微小的泄漏或串流,进而造成高低压空间相互串通和“短路”,破坏了各开度流体的节流降压规律引起气蚀。如果给水再循环调节阀检修后没有进行正确的调试,即阀芯关闭时没有一定的紧力,就会造成关闭时阀前、阀后的压差相当大,阀芯、阀座遭受严重气蚀,致使阀芯阀座密封面严重吹损,阀座泄漏量高达额定流量的30%以上,导致调节阀丧失调节控制功能。
3防止给水再循环调节阀吹损的对策
3.1防止气蚀磨损的原理和建议
高速的高压差的给水流动在节流下通过给水再循环调节阀,压力边为小于给水在此温度下的蒸汽压力,随时都有可能产生气蚀。如果将产生气蚀的压差定义为临界压差△Pc,则当给水流经调节阀所产生的实际压差△P<△Pc并在给水流经阀门节流口处的缩脉压力△Pvc高于给水入口温度下的汽化压力Pv时,就不会产生气蚀。由此,将发生的总压差用分级降压的办法,使每**的压差△P1<△Pc,即可防止气蚀现象产生。这即是美国CCI公司在给水再循环调节阀中设置迷宫式节流罩的理论基础,但是现实效果并不象资料介绍的那么好。建议根据实际情况将给水再循环调节阀重新设计制造改型。如果现在没有改型的条件,建议至少要做到阀芯阀座接合面应有计划地定期更换检修。
3.2防止给水再循环调节阀吹损的处理方法
(1)阀芯阀座密封面堆焊较硬的金属材料(D667焊条)。D667焊条的主要成分为碳3铬30镍4硅,主要用于强烈耐腐蚀耐气蚀件的堆焊,满足了防气蚀吹损的要求。这样不会由于阀门关闭的反复碰撞和冲击而使阀芯阀座密封面损坏,也使阀芯阀座密封面能够较长时间承受气蚀磨损。 (2)在阀门的出口安装一个比阀座小的极硬的节流孔板,以维持足够的阀后压力,使之超过给水的汽化压力。这样防止了在高流速的低压区形成汽泡。 (3)在阀门调试时,先将阀芯关到底,然后连接气控装置推杆和阀杆连接器。将阀门打开。再将阀杆旋下3~5mm,将推杆阀杆连接器旋紧,这样等于给了阀芯阀座密封的紧力。防止阀门关闭状态没有关严实,产生节流现象,引起气蚀。 (4)在阀芯的外圆四周堆焊较硬的金属材料后上车床车光,使其与迷宫式节流罩内孔配合紧密,间隙为0.05mm。防止高压给水与低压区串流,引起气蚀。 (5)**测量阀杆的弯曲度,并对阀杆进行直轴工作,使*大弯曲度控制在0.02 mm。 (6)阀芯阀座密封面研磨时,注意密封角度保持一致,不产生磨偏现象。 (7)在自由状态下,用红丹粉检查阀芯阀座啮合情况,阀线均匀、连续、清晰。