介紹了超(超)臨界火電機組高壓加熱器液動旁路保護系統(tǒng)和電動旁路保護系統(tǒng)的典型布置及功能原理，分析了兩種旁路保護系統(tǒng)配置高加三通閥的結(jié)構(gòu)特點和工作原理。通過分析可知，液動高加三通閥開關(guān)迅速，但電動高加三通閥結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、密封更可靠。

一、前言

　　高壓加熱器是火力發(fā)電廠凝汽式抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)的重要部件，它安裝在給水泵和省煤器之間，利用汽輪機各級抽汽來加熱高壓給水，提高給水溫度，減少進入鍋爐給水和爐膛的溫差，提高機組發(fā)電效率。

　　為保證高壓加熱器解列時機組正常運行，高壓加熱器設(shè)置了旁路保護系統(tǒng)。超(超)臨界火電機組高壓加熱器旁路保護系統(tǒng)按高加三通閥驅(qū)動方式分為電動旁路保護系統(tǒng)和液動旁路保護系統(tǒng)。

二、液動旁路保護系統(tǒng)

　　1. 系統(tǒng)布置

　　液動旁路保護系統(tǒng)包括液動高加入口三通閥、液動高加出口三通閥、氣動快啟閥、注水閥及其控制系統(tǒng)等，系統(tǒng)的典型布置如圖1所示。

圖1 液動旁路保護系統(tǒng)

1.注水閥 2.液動高加入口三通閥 3.氣動快啟閥 4.泄壓管路 5.旁路 6.液動高加出口三通閥 7.高壓加熱器 8.主路 9.注水管路

　　2. 功能原理

　　高壓加熱器投運前，高加三通閥處于主路關(guān)閉旁路開啟狀態(tài)，給水經(jīng)旁路進入鍋爐。高壓加熱器投運時，首先打開高加三通閥上部鎖緊手輪，將上閥桿旋至全開位置，同時開啟注水閥，給水經(jīng)注水管路進入高壓加熱器，當(dāng)高壓加熱器管側(cè)壓力升至一定值后，介質(zhì)作用在閥桿橫截面上的升力大于填料摩擦力和活動部件自重，閥桿帶動閥瓣上移，打開高加三通閥主路關(guān)閉旁路，高壓加熱器投運。當(dāng)高壓加熱器發(fā)生故障時，殼側(cè)水位急劇上升超過允許值時，液位控制系統(tǒng)會給出信號，使氣動快啟閥迅速開啟，將高加三通閥活塞缸下腔的介質(zhì)泄壓，上腔介質(zhì)推動高壓活塞帶動閥瓣迅速下移，打開旁路關(guān)閉主路，使高壓加熱器安全解列，給水經(jīng)旁路進入鍋爐。

　　3. 液動高加三通閥

　　液動高加入口三通閥與液動高加出口三通閥工作原理基本相同，均采用內(nèi)置高壓活塞驅(qū)動，但液動高加出口三通閥結(jié)構(gòu)簡單，以液動高加入口三通閥為例進行分析研究。

　　(1)結(jié)構(gòu)原理 液動高加入口三通閥的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由閥體、上閥座、下閥座、高壓活塞、閥瓣、彈簧蓄能圈、閥蓋、節(jié)流套及活塞缸等組成。閥體與閥蓋處采用壓力自緊式密封設(shè)計，壓力越高密封性越好；高壓活塞與閥桿為一體式結(jié)構(gòu)，通過閥瓣壓蓋與閥瓣連接；活塞缸上腔通過連通管與閥體中腔相連，下腔與泄壓管路相連；下閥座與閥體焊接連接；上閥座與節(jié)流套、活塞缸為一體式結(jié)構(gòu)，與閥體間采用彈簧蓄能圈和O形圈。

　　液動高加三通閥的開啟、關(guān)閉均由30MPa以上的高壓水驅(qū)動，整個動作時間小于5s。閥門主路和旁路關(guān)閉時的密封力均由閥瓣上下腔的介質(zhì)壓差作用力提供。

圖2 液動高加入口三通閥

1.閥體 2.下閥座 3.閥瓣 4.上閥座 5.彈簧蓄能圈 6.O形圈7.節(jié)流套 8.活塞缸 9.活塞 10.上閥桿 11.手輪 12.四合環(huán)13.自密封圈 14.閥蓋 15.閥桿 16.閥瓣壓蓋

　　(2)上閥座密封機理 高加入口三通閥旁路關(guān)閉后的密封性是閥門一項重要性能指標(biāo)，上閥座與閥體間密封可靠性是保證該指標(biāo)的重要因素。因此，上閥座與閥體間采用彈簧蓄能圈和O形圈兩道密封。第一道密封是彈簧蓄能密封圈，它由聚合物材料密封殼和耐腐蝕的不銹鋼金屬彈簧組成。密封圈安裝在溝槽內(nèi)，彈簧受壓形成向外的張力，使密封唇緊密地貼合在密封溝槽壁上，由此形成初始的密封。工作狀態(tài)下，高壓介質(zhì)會輔助彈簧壓緊密封唇，壓力越大，密封唇與溝槽壁貼合得越充分，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為由此形成可靠的高壓密封。

　　第二道密封是O形密封圈，它是一種擠壓型密封。O形密封圈裝入密封槽后，其橫截面受到接觸壓縮應(yīng)力而產(chǎn)生7%～30%的彈性變形，對密封槽壁面產(chǎn)生一定的初始接觸壓力p0，形成初始的密封圈壓力，實現(xiàn)密封；在工作狀態(tài)下，O形密封圈在介質(zhì)壓力的作用下會發(fā)生位移，移向低壓側(cè)，同時其彈性變形進一步加大，填充和封閉上閥座與閥體間隙。此時，作用于密封副耦合面的接觸壓力上升為pm，達(dá)到零泄漏的密封性。pm按式(1)計算。

　　式中 pm——接觸壓力，單位為MPa；K——壓力傳遞系數(shù)，橡膠制O形密封圈K=1；p——被密封介質(zhì)的壓力，單位為MPa。

　　(3)旁路減壓設(shè)計 當(dāng)介質(zhì)流經(jīng)高壓加熱器時，約有0.3MPa的壓力降，為保證高壓加熱器投運和解列時進入鍋爐的介質(zhì)壓力平穩(wěn)，閥體上腔的旁路流道設(shè)有節(jié)流套，起到節(jié)流減壓作用。節(jié)流套的減壓面積按式(2)進行計算。

　　式中 F——減壓面積，單位為cm²；Q——介質(zhì)流量，單位為t/h；f——閥門流阻系數(shù)；γ ——介質(zhì)密度，單位為g/cm³；Δp——高壓加熱器的壓力降，單位為kgf/cm²(1kgf/cm²=9.8×10⁴Pa)。

三、電動旁路保護系統(tǒng)

　　1. 系統(tǒng)布置

　　超(超)臨界火電機組電動旁路保護系統(tǒng)的典型布置如圖3所示，系統(tǒng)包括電動高加三通閥、電動閘閥、注水閥及其控制系統(tǒng)等。電動高加三通閥安裝在高壓加熱器入口管道，電動閘閥安裝在出口管道。

圖3 電動旁路保護系統(tǒng)

1. 注水閥 2.電動高加三通閥 3.旁路 4.電動閘閥 5.高壓加熱器6.主路 7.注水管路

　　2. 功能原理

　　高壓加熱器運行時，電動高加三通閥主路開啟旁路關(guān)閉，電動閘閥處于開啟狀態(tài)，給水經(jīng)高壓加熱器進入鍋爐。當(dāng)高壓加熱器泄漏而使水位超過允許值時，DCS控制系統(tǒng)給出信號使電動裝置動作，迅速關(guān)閉電動高加三通閥主路開啟旁路，同時關(guān)閉電動閘閥，使高壓加熱器解列。當(dāng)高壓加熱器投運時，先開啟注水閥向高壓加熱器內(nèi)注水，借助介質(zhì)對閥桿的提升力和電動裝置力開啟電動高加三通閥主路關(guān)閉旁路，同時開啟電動閘閥。

　　3. 電動高加三通閥

　　(1)結(jié)構(gòu)原理 電動高加三通閥結(jié)構(gòu)如圖4所示，由閥體、上閥座、下閥座、閥瓣、閥蓋、閥桿及節(jié)流套等組成。下閥座與閥體焊接連接；上閥座與閥體以及閥體與閥蓋間均采用壓力自緊式密封結(jié)構(gòu)連接；閥桿通過閥瓣壓蓋與閥瓣連接，并通過T形螺紋與電動裝置連接。

　　電動高加三通閥的開啟與關(guān)閉由電動裝置控制，受電動裝置轉(zhuǎn)速和閥桿螺距的限制，閥門的全行程時間為30～45s。閥門主路和旁路關(guān)閉時的密封力均由閥瓣上下腔的介質(zhì)壓差作用力加電動裝置力提供，密封更可靠。

　　(2)上閥座密封機理 上閥座與閥體間均采用柔性石墨自密封圈密封。首先，螺栓將上閥座提起，預(yù)壓縮自密封圈，提供初始密封力；當(dāng)閥門旁路關(guān)閉時，介質(zhì)力進一步壓緊自密封圈，達(dá)到可靠的密封性。

　　(3)旁路減壓設(shè)計 與液動高加三通閥一樣，電動高加三通閥的旁路流道也設(shè)有節(jié)流套，保證介質(zhì)流經(jīng)旁路產(chǎn)生的壓力降與流經(jīng)高壓加熱器時基本相同，從而使鍋爐壓力平穩(wěn)。

圖4 電動高加三通閥

1.閥體 2.下閥座 3.閥瓣 4.閥瓣壓蓋 5.自密封圈 6.四合環(huán)7.壓板 8.自緊式密封圈 9.閥桿 10.電動裝置 11.閥蓋12.節(jié)流套 13.螺栓 14.壓環(huán) 15.上閥座

四、結(jié)語

　　通過上述分析，液動和電動旁路保護系統(tǒng)均能起到保護高壓加熱器的作用，液動和電動高加三通閥的上閥座均可更換，與閥體采用可靠的密封方式。但液動高加三通閥全行程時間小于電動高加三通閥；閥門關(guān)閉時，電動高加三通閥的密封力是由介質(zhì)作用力加上電動裝置力提供的，密封更可靠；電動高加三通閥結(jié)構(gòu)簡單，且操作、控制方便。因此，應(yīng)根據(jù)超(超)臨界機組的具體要求選配高加三通閥。