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在火力發(fā)電的熱力系統(tǒng)中,高溫高壓閥門是熱力系統(tǒng)的重要組成部分。所有熱力設(shè)備都是通過閥門和管道連接形成一個系統(tǒng)。因此閥門和管道,特別是高溫高壓閥門技術(shù)水平的高低,產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,直接影響火力發(fā)電機(jī)組安全可靠和經(jīng)濟(jì)運行。
從火力發(fā)電的發(fā)展趨勢來看,其機(jī)組參數(shù)越來越高,從高壓、次高壓機(jī)組10MPa/450°C,到亞臨界機(jī)組17?19MPa/537?550°C、超臨界機(jī)組24?27MPa/566?590°C、超超臨界機(jī)組30?35MPa/ 566?650°C;機(jī)組的容量越來越大,從5萬、10萬、 20萬,到30萬、60萬,又到100萬;機(jī)組的效率越來越高,一般中小高壓機(jī)組熱效率在30%以下,亞臨界大型火電機(jī)組的熱效率在38%左右,而超臨界、 超超臨界機(jī)組的熱效率可達(dá)42%?45%。經(jīng)過對比: 一臺60萬千瓦超超臨界火電機(jī)組參數(shù)25MPa/600°C 比亞臨界火電機(jī)組參數(shù)17MPa/540°C年節(jié)約煤炭 12. 6萬噸,節(jié)約燃料費用4000多萬元左右,減少C02氣體排放37萬噸,減少S02氣體排放0. 3萬 噸,所以火力發(fā)電機(jī)組向高參數(shù)、大容量發(fā)展是必然 趨勢。從而對閥門的要求亦越來越高。
在火力發(fā)電機(jī)組上閥門主要用于汽水管道。隨著火力發(fā)電機(jī)組向高參數(shù),大容量發(fā)展,閥門的尺寸和工作參數(shù)也愈來愈高,工作條件更加惡劣,其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,并且向單功能化方向發(fā)展,因此電站閥門可以認(rèn)為是以“高溫高壓”或“特殊結(jié)構(gòu)”為特征的閥門。閥門在火力發(fā)電機(jī)組上主要用于下列系統(tǒng): 鍋爐給水系統(tǒng)、減溫水系統(tǒng)、鍋爐和蒸汽出口集箱附件、啟動系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、高壓給水加熱器保護(hù)系統(tǒng)。以上這些系統(tǒng)對某些閥門提出了非常嚴(yán)格的要求,如要求在2?5s內(nèi)快速開啟和關(guān)閉;要在高溫高 壓下工作,在高壓差下經(jīng)受汽水混合物的沖刷和侵蝕等。某些閥門將直接關(guān)系到整個設(shè)備的安全可靠性。 因此要求閥門制造廠提供產(chǎn)品,同時也要求運行人員嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)程進(jìn)行操作。
25.1. 2閥門特點及要求
(1)特點’
火力發(fā)電機(jī)組配套高溫高壓閥門以其所在部位和功能不同,其結(jié)構(gòu)、品種、型號、規(guī)格多種多樣,按照結(jié)構(gòu)形式可分為閘閥、截止閥、止回閥、球閥、安全閥、調(diào)節(jié)閥、減壓閥等。
對于超臨界電站,由于主蒸汽管道和主給水管道參數(shù)比亞臨界參數(shù)機(jī)組有較大提高,上發(fā)達(dá)國家主蒸汽管道、再熱熱段管道普遍采用P91和T91鋼管道,1985年以來T91和P91鋼被世界各國廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電機(jī)組的過熱器、再熱氣管道上,與其配套的閥門采用鍛造的F91鋼閥門或鑄造的C12A鋼閥門。主給水管道普遍采用WB36高強(qiáng)度鋼管道。 WB36是德國瓦盧瑞克曼內(nèi)斯曼企業(yè)材料牌號, DIN標(biāo)準(zhǔn)牌號為15NiCuMoNb5,材料號為1.6368。 20世紀(jì)90年代后才在我國超臨界機(jī)組上使用,與其配套的閥門采用鍛造或鑄造的WB36鋼閥門。
按上火電運行經(jīng)驗,當(dāng)溫度超過600°C, P91和T91鋼管道和F91/C12A鋼閥門不能滿足長期安全運行要求,應(yīng)選更高一級的材料,就是P92和T92鋼管道和F92鋼閥門。且考慮超超臨界閥門超高的溫度壓力,用鍛造(是模鍛)閥門更為可靠, 因此選用F92。F92是在F91基礎(chǔ)上開發(fā)的,在化學(xué)成分上適當(dāng)降低了 Mo的含量,同時加入了一定的W,將材料的鉬當(dāng)量從F91/C12A的0.85%?1.05%降低到0.30%?0.60%,還加人了微量的硼,形成細(xì)小的回火馬氏體鎢強(qiáng)化鋼。它600°C許用應(yīng)力比 F91/C12A增加30%,閥門厚度減少,重量減輕,成本降低。2000年美國鍋爐壓力容器標(biāo)委會將F92/ P92納入ASME標(biāo)準(zhǔn)中。
追蹤上對耐熱鋼的研究成果,對于超臨界主蒸汽閥門采用F91鍛鋼閥或C12A鑄鋼閥;對于超超臨界主蒸汽閥門采用F92鍛鋼閥;對于超臨界和超超臨界機(jī)組給水閥門采用WB36鑄鋼或鍛鋼閥。
(2)要求
①所有高溫高壓閥門密封面都應(yīng)采用司太立硬質(zhì)合金或其他鐵基或鈷、鎳基硬質(zhì)合金,高溫下硬度高,使用壽命長。
②對于口徑大于DiVlOO的高溫高壓閥門,閥門中腔設(shè)計成壓力自密封結(jié)構(gòu)??拷橘|(zhì)壓力密封,高壓狀態(tài)密封效果更好。體積小、重量輕、安全可靠。
③閘閥的關(guān)閉件采用楔式彈性單閘板或雙閘板密封結(jié)構(gòu),經(jīng)使用后磨損的閘板產(chǎn)生泄漏超標(biāo)時,可重新調(diào)整到原始合格密封狀態(tài),大大延長了閥門的使用壽命。
④截止閥閥瓣連接要可靠,閥體與閥瓣的配合應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向,避免閥瓣卡死,大口徑截止閥可以采用高進(jìn)低出反向流。
⑤高溫高壓止回閥盡量采用內(nèi)掛式的閥瓣結(jié)構(gòu), 以減少閥瓣銷軸處的泄漏。
⑥給水泵出口閥、高壓加熱器旁路閥,按設(shè)計要求設(shè)置旁通閥和中腔與進(jìn)口、出口的平衡閥,以防止介質(zhì)汽化超壓。
⑦汽輪機(jī)抽氣緊急切斷保護(hù)閥,在失氣失電狀態(tài)下能夠自動緊急關(guān)閉;在事故狀態(tài)時,緊急切斷保護(hù)時間不超過o. 5s。
⑧鍋爐給水旁路用髙壓差調(diào)節(jié)閥,采用多級節(jié)流閥瓣,能承受鍋爐啟動時給水泵輸出高壓力和大壓差。所有調(diào)節(jié)閥應(yīng)在全行程啟閉過程的動作平穩(wěn),無有害的振動、噪聲,能防止零件的汽蝕損壞。
⑨高溫高壓安全閥應(yīng)設(shè)置閥瓣導(dǎo)向機(jī)構(gòu),導(dǎo)向套耐磨損,以保證啟閉動作和密封性;開啟高度、排量應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,安全閥動作過程無頻跳和顫振,回座壓差符合GB/T 12241以及ASME鍋爐動力規(guī)范要求;彈簧載荷安全閥應(yīng)防止排出的高溫高壓介質(zhì)直接沖蝕彈簧。
⑩所有高溫高壓閥門要求維修方便,盡可能不必從管道上割下來,就可在現(xiàn)場直接研磨和修復(fù),以減少維護(hù)工作量。
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