300MW调节阀单阀和顺序阀在汽机运行中的切换

0 前言

伊川三电厂一期(2)×300MW）工程汽轮机为N300-16.67-537/537型，采用美国西屋公司技术多次改进优化后生产的单轴两缸两排汽反动式DEH电液调节系统机组。

为了使汽车零部件在启动过程中全周进气，均匀加热气缸和调节叶片，减少调节阀在机组正常运行过程中的节流损失，提高效率，机组采用单阀/顺序阀切换技术。单阀是指调节阀同时打开或关闭的运行模式，顺序阀是指调节阀按照设定的程序和负载大小依次打开或关闭的运行模式。根据制造商的规定：单阀应在机组运行后半年内启动和运行，半年后切换为顺序阀。根据上述要求，伊川三电厂于2006年3月1日进行了切换试验，相对顺利。以下是对相关问题的简要描述。

1 调节阀的特性

该机设有两个主汽阀和六个调节阀，分别布置在汽机两侧。每个调节阀的名义直径为137.4mm，每个调节阀对应一组喷嘴，每组喷嘴有9个汽道(8个有效汽道)，主汽阀喉径330mm，当主阀和调节阀完全打开时，总压损失系数为0.96.调节阀布置如图1所示。

图1 调节阀布置图

当顺序阀运行时，高压调节阀的开启顺序是GV1号/GV2号→GV4号→GV5号→GV6号→GV3.关闭顺序相反。阀门开度与流量关系曲线如图2所示。

图2 顺序阀状态阀门开度与流量关系曲线

当单阀运行时，6个调节阀同时打开和关闭，调节阀的开度和流量关系如图3所示。

图3 单阀状态阀门开度与流量关系曲线

2 单阀/顺序阀切换操作程序

切换操作在DEH在图中，当蒸汽机处于稳定负荷状态时，首先打开自动控制图，然后点击阀门模式打开操作端，如图4所示。

图4 操作端画面

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2.1 单阀切至顺序阀

(1)确认汽机处于所选负载稳定状态，然后打开自动控制图；

(2)点击阀门模式，打开操作端，点击顺序阀按钮；

(3)切割顺序阀按钮变黄，切换过程中变红闪烁，单阀向顺序阀切换，图片状态栏中阀门状态显示消失，表示切换正在进行中；

（4）GV按顺序阀曲线打开或关闭；

(5)切换过程中停止闪烁变绿，说明切换完成，图片状态栏中的阀门状态将显示/顺序阀0阀从单阀切换为顺序阀；

(6)切换时间5min~8min(可调)当阀位参数值大于99时.9%(阀门全开)或小于0.1%(阀门全关时)，切换过程结束。

2.二 顺序阀切单阀

（1）确定汽机处于某一选定的负荷稳定状态，然后打开自动控制画面；

(2)点击阀门模式，打开操作端，点击切换单阀；

(3)切换单阀按钮变黄，切换过程中按钮变红闪烁。顺序阀开始切换到单阀。图片状态栏中的阀门状态显示消失，表示切换正在进行中；

（4）GV打开或关闭单阀曲线；

(5)切换过程中按钮停止闪烁变绿，表示切换完成，图片状态栏中阀门状态显示单阀，此时已从顺序阀切换为单阀；

(6)切换时间5min～8min(可调)当阀位参考值大于99时.9%(阀门全开)或小于0.1%(阀门全关)，切换结束。

3 无扰切换问题

单阀/顺序阀切换应在汽机稳定工况下进行。此时，汽机负载N、蒸汽流量G和调门开度H成函数关系：

N=f（G）=f（H）

由于6个调门的几何尺寸相同，流量特性基本相同（如阀门曲线可以修正不同）N、G、H成正比关系：

H₀=K₁H₁        K₂H₂

K₁    K₂=1

式中

H₁单阀调门开度之和；

H₂调门开度之和为顺序阀；

H₀调门开度的切换过程；

K₁单阀系数；K₂为顺序阀系数；当单阀方，K₁=1，K₂=0；顺序阀模式下，K₁=0，K₂=1；如果阀门处于中间切换状态，0﹤K₁﹤1，0﹤K₂﹤1，K₁    K₂=1。

单阀系数乘以单阀开度指令和顺序阀系数乘以顺序阀开度指令，然后获得每个阀的实际开度指令。根据当前负载指令，通过单阀曲线和顺序阀曲线转换后获得两种指令。

需要注意的是，由于调门的开度H与N关系不是完全线性的，会影响机组运行条件的变化。当调节系统在开环运行时切换单阀/顺序阀时，会有不同程度的负载干扰。当投入功率闭环控制或调节级压力闭环控制时，负载干扰将大大改善。当投入功率闭环时，当实际功率与负载设定值相差4%时，切换将自动停止。当差值小于3%时，切换将自动恢复。当投入调节级压力闭环时，调节级压力控制精度为1.5%以内。

4 单阀/顺序阀运行

4.1 单阀运行状态

（1）单阀运行时，进入蒸汽机的蒸汽通过调节阀节流进入喷嘴，全周进入第一叶片。单阀运行具有以下特点：当负载减小时，随着调节阀的关闭，蒸汽机的进气量减小，一级前的压力减小。（p₁）减少，汽轮机等熵降低，在进气量和等熵降低的双重影响下，汽轮机功率显著降低；当负荷增加时，调节阀打开，增加进气量，随着调节阀开度的增加，节流作用减小。当汽机负荷较大时，单阀与相应的顺序阀具有相同的阀开度，两者具有相似的工作条件。

(2)由于单阀运行，汽机一级通流面积不随工况变化而变化，此时一级前压与流量成正比:G_变动/G_设计=p_1变动/p_1设计。

(3)当阀门未完全打开时，由于调节阀节流损失，单阀模式降低了汽机的相对内部效率，降低了汽机的效率。

（4）单阀运行的最大优点是全周进气，转子和气缸在启动和停止过程中加热均匀，降低上下气缸的温差。在变压条件下，各级温度变化小，变压寿命消耗少，有利于提高负荷速率。

4.二 顺序阀运行工况

当顺序阀调节模式时，主蒸汽通过几个依次打开的调节阀进入相应的喷嘴室，然后通向蒸汽机的第一级（调节级）；当负载降低时，调节阀依次关闭，打开的重叠度约为10%。在低负荷下，只有一个部分打开的调节有节流损失。主要依靠改变调节级的通流面积（改变部分进气度）来改变主蒸汽流量，从而达到改变负荷的目的（见图5）：

N=f（G₀）=f（F.V）

图5 调门开度与调节级后的压力关系

工负荷增加时，调节阀开度增加，有两种情况：当负荷超过设计条件时，喷嘴前的压力p喷嘴后的压力保持不变p1.如果升高，调节级理想的焓降ht当负荷减小，调节门开度小于设计条件时，由于调节阀逐渐关闭，流量逐渐减小，调节级后的压力逐渐减小，p0不变，理想的调节级焓降ht相应增加。

在变工条件下，调节级焓降变化较大。由于热焓与蒸汽压力和温度有相应的关系，调节级压力和温度变化较大，导致转子和气缸产生较大的热应力。因此，流量变化应注意调节级金属的温度变化，不得超过允许值。

从而得出顺序阀运行的优点：

(1)汽轮机效率高，经济性好；

(2)即使在部分负荷条件下(即1号、2号调节阀同时打开)，其经济性也高于同一条件下的节流调节(单阀运行)。

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5 单阀/顺序阀切换工况及问题

5.1 单阀向顺序阀切换

切换时汽机负荷保持不变，其工况变化具有以下特点(表1):

(1)汽机流量相应减少:

N = G₀.h η_内 = 常数

当η_内增加，h不变，G₀相应减小。

（2）由于G=f（p）因此，各级压力降低；

(3)调节级和未级焓降变化较大，导致该级温度变化较大；

(4)随着蒸汽流量的降低，各级压力级焓降变化较小。

(5)为了描述清楚，以下提取了典型的蒸汽压力和温度变化曲线，供参考(见图6、图7)。

图6 级后压力-流量曲线

5.2 顺序阀切换到单阀

切换时汽机负荷不变，其工况变化具有以下特点(表2)：

（1）蒸汽流量因调门节流损失而增加；

(2)调节级压力升高。

图7 蒸汽温度-流量曲线

5.3 切换时注意事项

（1）开关时蒸汽机负荷的选择：为了达到开关前后蒸汽机工况变化较小的目的，一般应选择设计条件或略低于设计条件。因此，无论是单阀还是顺序阀，调节阀开度都处于较小的节流状态；

(2)切换时，主蒸汽压力、温度和真空应稳定，以减少由此产生的调节温度变化过大；

(3)注意再热温度的调节，再热温度因切换后高排温度的变化而变化；

(4)注意调节系统的运行，防止调速系统摆动。

6 结论

（1）本机采用单阀/顺序阀切换技术，在机组启动时全周进气，使气缸加热均匀，缩短启动时间。在变压条件下，采用顺序阀运行，减少调节阀的节流损失，提高机组的经济性。对于固定压力运行带的基本负荷条件或滑动压力运行的变压条件，调节阀开度大，调节阀节流损失小，两种运行模式差异小，单阀或顺序阀的效果基本相同。

（2）在两种方式下，应选择调节阀的开启效果基本相同的情况进行切换。换句话说，当固定压力3/4的额定负荷或滑动压力运行4个阀完全打开时，应尽量减少工况变化。

（3）“切换”过程中要保持机组负荷、汽压、汽温、真空稳定，辅机及附属设备运行正常。