自力式液压高加三通阀系统的优化探讨

自力式液压高加三通阀系统的优化探讨

高秀芳

(河北蔚州能源综合开发有限公司河北张家口075700)

摘要：现代火力发电机组的高加系统多采用大旁路结构。高加旁路的灵活性和可靠性对锅炉和汽轮机的安全运行有着重大意义。通过对典型高加旁路系统型式的对比，阐述了自力式液压高加三通阀系统的优劣及特点；通过解析自力式液压高加三通阀系统的动作原理，对增强该旁路系统的灵活性和可靠性提出了优化建议和方案。

关键词：高加，旁路，三通阀，自力式。

正文：

1.引言

大型汽轮机组一般都采用多级给水回热循环，利用部分低参数蒸汽加热给水，提高锅炉省煤器入口的给水温度，减少汽轮机乏汽冷源损失，提高了机组的热效率。根据加热器水侧承受压力的不同，分为低压加热器和高压加热器。位于凝结水泵和除氧器之间的加热器，因其水侧承受的是压力较低的凝结水泵出口的压力，称为低压加热器；位于给水泵和锅炉省煤器之间的加热器，因其水侧承受的是比锅炉蒸汽压力还要高的给水泵出口的压力，称为高压加热器。低压加热器一般采用小旁路，即每个低加都有一个旁路系统；高压加热器一般采用大旁路，即多个高加共用一个旁路系统。

当高压加热器换热面管道发生泄漏或疏水不畅，高加疏水水位急剧上升至保护动作值时，将连锁高加旁路系统动作，将高压给水切至高加旁路运行，防止汽轮机发生水冲击；同时确保锅炉连续给水，防止锅炉出现干烧。高加旁路装置的可靠性对保护锅炉受热面和汽轮机有着重要的作用，在高加检修时还能起到有效隔离，防止发生人身伤害。

2.常见的高加旁路阀组型式

典型的高加旁路系统有三种结构型式：型式一，电动/液动/气动（入口三通阀+出口闸阀）；型式二，外置电动/液动/气动（入口三通阀+出口三通阀）；型式三，自力式液压（入口三通阀+出口三通阀）。如图（一）所示。

特点：

型式一，结构简单、运行方式灵活，旁路装置切换时间稍长；

型式二，成本较高；高加入口阀和出口阀同时动作，操作简单；采用液压控制装置后能有效缩短旁路装置切换的时间；

型式三，没有外部液压控制装置，节约空间和投资成本；旁路装置切换时间短；管道系统较为复杂。

3.自力式液压高加三通阀旁路系统动作原理

某电厂采用自力式液压高加三通阀旁路系统，如图（二）所示。其中：阀1为气动快开阀，阀2、阀3和阀4为手动针芯阀，阀5为注水截止阀；阀1和阀2位于泄压管路，与阀杆活塞的下腔室连通；阀3和阀4所处管路与阀杆活塞的上腔室连通；阀5连通给水泵出口的给水管道和高加入口水侧管道，为初始注水阀。阀2常开。

为方便阐述高加三通阀的动作原理，现在将入口三通阀阀芯、阀杆及阀杆活塞整体作为分析对象，如图（三）所示。入口三通阀和出口三通阀均安装在水平管道上。阀杆上的活塞的上腔室与旁路管道及高加出口给水管道连通，在活塞上表面产生F1的压力，方向竖直向下。阀杆上的活塞的下腔式与气动快开阀（阀1）连通，从旁路来的给水在活塞下表面产生F2的压力，方向竖直向上。阀芯上表面产生F3压力，方向竖直向下；阀芯下表面产生F4压力，方向竖直向上；阀芯组件自身的重力为G，方向竖直向下。假设竖直向下为力的正方向，那么作用在阀芯、阀杆及阀杆活塞上的合力为F=G+F1+F3-F2-F4（不计摩擦力）。

当需要投入高加水侧时，先打开阀5注水，使阀芯上下表面产生竖直向上的压差（阀芯上下截面差为阀杆圆柱截面的面积）；关闭阀1，开启阀3，使阀杆活塞上下平衡；当给水压力达到约10MPa以上，合力F＜0时，即竖直向上的合力驱动三通阀芯向上开启，给水进入高加水侧；关闭阀5。当需要切断高加水侧，给水走旁路时，开启阀1，使阀杆活塞上下表面瞬间产生竖直向下的压差，当合力F＞0时，即竖直向下的合力驱动三通阀芯向下关闭，给水将进入高加旁路管道。

出口三通阀动作原理与入口三通阀相同。二者阀杆的活塞的下腔室连通并由一个气动快开阀（阀1）控制，以实现同步开启或关闭。

4.自力式液压高加三通阀旁路系统存在的不足

4.1出入口三通阀动作不同步时会出现锅炉断水。

当三通阀卡涩，或者阀杆活塞下腔室泄压管道堵塞时，可能导致入口三通阀和出口三通阀动作不同步。出口三通阀只有下面一个密封面，入口三通阀有上下两个密封面。入口三通阀使旁路入口完全关闭或完全开启；出口三通阀使旁路出口始终接通水路。因存在这些结构差异，当出口三通阀向下关闭，而入口三通阀未及时向下关闭，即入口三通阀滞后于出口三通阀向下关闭时，会导致锅炉断水，使锅炉受热面超温，机组甩负荷甚至紧急停机。

4.2高加出口三通阀和入口三通阀只能同步开启或关闭；无法实现先使入口三通阀动作，后让出口三通阀动作的操作，无法人为干预以避免入口三通阀向下关闭滞后导致锅炉断水的现象。

4.3高加三通阀系统汽水损失大、噪音大。高加三通阀旁路系统气动快开阀（阀1）后管道接至附近的地沟漏斗。因阀杆活塞下腔室与高加旁路连通，高加给水走旁路时，气动快开阀（阀1）将始终有水流出，造成汽水损失，损耗除盐水；同时产生噪音污染，影响附近正常工作；还会冲刷气动快开阀（阀1）密封面造成阀门内漏，气动快开阀产生内漏后容易造成高加三通阀误动作。

5.对该电厂自力式液压高加三通阀旁路系统的优化

5.1在入口三通阀和出口三通阀阀杆的活塞的下腔室至气动快开阀（阀1）的分支管道上各增加一个手动截止阀（阀6和阀7）。当阀7关闭、阀6开启时，将阀1开启，出口三通阀并不会向下关闭，入口三通阀独自向下关闭；然后再开启阀7，出口三通阀将向下关闭。这样可以实现入口三通阀优先于出口三通阀向下关闭，有效的防止出口三通阀优先关闭而导致的锅炉断水现象。当阀6和阀7保持开启时，仍然能通过阀1控制出入口三通阀同步开启或关闭。增加了三通阀系统操作的灵活性。

5.2将阀1后管道改接至疏水集管，将工质回收至凝结水系统，降低汽水损耗和噪音，改善厂房工作环境。

5.3在高加主路水侧增加阀8和阀9，阀8常开。当高加由主路切至旁路时，阀1开启的同时开启阀9，有利于高加三通阀快速向下关闭；在完全切换至旁路后，还可以进一步降低高加主路管道的水压，使阀1可以及早关闭，减少汽水损失，减少阀门冲刷。

5.4在三通阀阀杆上设置限位插销。当高加主路关闭时，可以旋转三通阀手轮用阀杆压住阀芯，再将插销插入限位孔，用机械装置确保三通阀不会向上开启。既能提早关闭阀1，减少工质耗损，减少阀门冲刷；又能确保高加检修时隔离牢靠，减少汽水对检修人员造成人身伤害的可能。

优化后的高加三通阀系统结构如图（四）所示。

6结论

自力式液压高加三通阀旁路系统吸取了型式一和型式二旁路系统的优点，具有动作时间短、占用空间少、动作可靠性高的特点，成本费用相对较低，近年来在大型发电机组得到了快速的应用，并且呈现出明显的国产化趋势。通过对自力式液压高加三通阀旁路系统的优化，增强了该系统的灵活性和可靠性，同时减少了跑冒滴漏、降低了厂房噪音、减缓了阀门内漏，对该高加旁路型式的进一步推广和国产化应用有重要的意义。

参考文献：

[1]华夏阀门有限公司.河北蔚州能源综合开发有限公司蔚县发电厂2×660MW机组液动三通阀说明书.2016.