超超临界机组汽轮机旁路阀结构浅析

谢斌

摘要：目前我国超超临界机组使用汽轮机旁路主要有两种结构设计流派，分别是以SIEMENS和CCI为代表。现就660MW超超临界机组汽轮机旁路阀分析这两种设计结构优劣利弊。

关键词：汽轮机旁路；阀门结构；嵌入式

一、旁路系统概述

汽轮机旁路系统的功能主要是协调锅炉和汽机用汽量之间的不平衡。在机组启动期间，对过热器和再热器系统预热、加快启动速度。在机组甩负荷时，将剩余蒸汽通过旁路系统，使锅炉瞬变过渡工况运行稳定，达到改善启动和带负荷特性，减少机组的寿命消耗，提高运行的安全性和经济性。目前旁路系统型式主要有高、低压二级串联旁路系统，一级大旁路系统，三级大旁路系统，三用阀旁路系统等四种设计型式。对旁路阀本身来说，因驱动方式不同可以分为电动、液动及气动[1]。

国内目前电厂使用的旁路阀多为进口的，尤其是在超临界和超超临界大机组使用方面来说，现在主要生产商有CCI、SIEMENS、BOMAFA、GSVALVE、SEMPELL、HORA。其中，国内电厂使用较多的是CCI和SIEMENS，而这两家提供的旁路阀结构上有明显的特点。以下均以660MW超超机组使用的高压旁路阀结构作为分析材料，其中容量为40%BMCR。

二、SIEMENS旁路阀结构（图1）

SIEMENS高压旁路蒸汽变换阀主要包括：阀体、阀杆、笼式阀芯、阀座、锥形节流孔板和减温水喷头。蒸汽经过第一级（笼式阀芯）减压后部分蒸汽直接通过减温水喷头并雾化减温水，其它蒸汽经过多级减压后和经过雾化的蒸汽混合，再与后面的减温水混合并减温。这种减温方式的特点是汽水混合效果好，无热应力冲击。SIEMENS高压旁路阀阀芯采用的是嵌入式，也就是说阀芯要完全嵌入阀座内才能关闭阀门。这也就意味着阀座要设计得更大一些，该容量机组的旁路阀通流直径为160mm（阀座直径）。较大的通流直径，可以降低蒸汽流速，可以减少蒸汽对设备的冲刷和侵蚀，但是同样加大了整个阀门的尺寸，增加了造價。另外该阀门设计的是三级减压，这主要根据设计要求确定的，这样的设计确保每一级的压降不会很大，有理控制噪音。SIEMENS旁路阀采用自密封形式。

三、CCI旁路阀结构（图2）

CCI高压旁路阀主要包括：阀体、阀杆、阀芯、阀座、阀笼和环形减温水喷头。阀笼也是三级减压设计，其中第一级减压阀笼设置在腔室内，固定式的。CCI高旁阀是先三级减压再减温，因此阀门会受到蒸汽较强的冲击，因此对材料强度和焊接强度要求较高。CCI阀芯设计为非嵌入式的，即是阀门在关闭的时候是阀芯落在阀座上，阀芯和阀座是硬密封接触，防止漏气。这样不宜造成卡涩损坏，且阀座处无遮挡。这样，同样的通流能力（CV值）要求阀座尺寸较小，阀座直径为125mm，继而整个阀体尺寸可以减小，整体质量较轻，可以节省制造成本。CCI高旁阀设计阀座和阀笼是可拆卸，如此可以方便拆卸维修。CCI旁路阀采用自密封形式。

四、对比

SIEMENS和CCI高旁阀结构总体上大同小异，均是三级减压，只不过第一级减压SIEMENS是移动式的（随阀芯动作），CCI是固定式的。对于减温，SIEMENS受热应力冲击小，但是对喷嘴要求很高，实际运用下来，喷嘴亦卡涩且难维修；而CCI没有上述问题，但是减温效果稍差。SIEMENS嵌入式设计加大了阀芯卡涩和阀门内漏的可能性；CCI非嵌入式设计，若阀座直径设计过小，蒸汽流速急剧增加，高旁阀前后压差急剧变化，阀门受到冲击，稳定性较差，甚至造成振动并伴有噪声[2]。对于高温高压蒸汽用阀门，两种阀门均设置自密封形式，通过楔形密封垫达到自密封的效果。

五、总结

两种结构各有利弊，国内超超临界机组汽轮机旁路使用的SIEMENS和CCI较多，可见这两个厂家设备比较稳定可靠，受到市场认可。汽轮机旁路阀作为电厂最为重要的调节阀门，旁路阀的选择，至关重要，需综合考虑。

参考文献

[1] 万胜军，超超临界高低压旁路系统阀门. 电力通用机械，2017年

[2] 吴蔚宇，王小艳等，电厂高旁阀振动原因分析及处理. 湖南电力，2017年

[3] 康松，杨建明，胥建群编著，汽轮机原理 -北京：中国电力出版社，2000高等学校教材

（作者单位：浙江省电力建设有限公司）