1、1紫坪铺电厂机组自流减压技术供水系统减压阀的改造紫坪铺水力发电厂 李兴全 虎勇紫坪铺水电站位于四川省都江堰市,系岷江上游干流第五级电站,距都江堰 9KM,距成都市 64KM，电站设计装机规模 为 760MW,安装 4 台单机容量190MW 水 轮发电机组，水头变幅为 68.4m132.76m 电站在系统中的主要作用是调峰、调频 、承担系统事故备用，是一 项以供水和发电为主的综合利用工程。1、机组技术供水系统运行方式介绍机组技术供水系统的主用水源为自流减压：由每台机组蜗壳取水通过X201D 电动阀单独供 给本台机组；机组技术 供水的备用水源为水泵：两台水泵从尾水取水供至备用技术供水总管，同时备用
2、技术供水总管通过四个联络阀1231D4231D 与每台机组连接。而四台机组主变冷却水由备用技术供水总管供给。由于备用技术供水系统设备布置高程在尾水位以下 10m 左右，一旦该套设备运行中出现 7201、7204 阀门及阀门前密封垫损坏或管路损坏，将造成水淹厂房的严重后果。同时如果将备用取水方式投入运行，水泵将按0.30.5MPa 水压控制长期自动起泵、打压、停泵操作，这样将导致设备损坏率升高，增加检修成本和工作量。机组技术供水冷却水压需要在 0.30.5MPa压力范围中调整一个稳定的值来供给，而备用技术供水水压在 0.30.5MPa范围内始终是一个不稳定的变量。鉴于上述原因，紫坪铺电厂备用水源
3、水泵尾水取水系统没有投入运行。目前，紫坪铺电厂四台机组技术供水方式采用机组蜗壳取水做主用供水，而备用水源是将四台机组联络阀打开，将四台机组技术供水联络运行，用四2台机组主用水源供给备用技术供水总管，从而保证四台主变的冷却供水。2、紫坪铺电厂技术供水系统减压阀存在问题紫坪铺电厂四台机组技术供水系统减压阀选用的是以色列 DOROT 减压阀膜片差压式减压阀，阀门公称直径为 DN350。3#、4#机组减压阀于 2005 年10 月份投入运行，2#机组减压阀于 2006 年 3 月份投入运行，1#机组减压阀于2006 年 5 月底投入运行。2006 年 10 月 5 日，发现 3#机组技术供水减压阀动作
4、异常，全开后无法关闭。 联系厂家人员于 2006 年 11 月份对 3#机组技术供水减压阀进行了拆卸检修，发现减 压阀阀杆断裂、中心导向爪损坏、阀座脱落，经更换损坏部件回装后工作正常。2007 年 11 月 6 日，发现 4#机组技术供水减压阀无法正常工作。经检查，（图一）3发现减压阀阀杆已断裂、橡胶隔膜已损坏、导向爪已损坏、阀座已脱落。将检修泵技术改造更换下来的水力控制阀部件拆下，对减压阀损坏部件进行更换后，减压阀工作正常。2007 年 11 月 14 日，发现 2#机组减压阀强烈振动、工作异常，经检查，发现 2#机组技术供水减压阀出现类似 3#、4#机组损坏情况。在机组投运后不到两年时间，
5、先后有 3 台机组减压阀出现基本情况相同的损坏。减 压阀损坏后，造成技术供水管路水压失控，水压异常升高，对空冷器，上导、推力、水 导油槽冷却器构成极大危害，造成冷却器铜管爆裂。断裂的导向爪和螺栓被冲入机组技术供水管路中，至今无法寻找，在技术供水管路中产生磨损和碰撞，引起管路内噪音和破裂喷水的严重后患。更换新的备件投运时间不久又损坏，这样将导致技术供水管路内的损坏件堆积，引起管路堵塞，机组各部冷却水压降低或消失，引起机组轴承温度升高，最后造成机组被迫停机的事故发生。国外这种膜片差压式减压阀工况的极不稳定性， 导致了电厂停机经常发生的后果。3、紫坪铺电厂技术供水系统减压阀损坏的原因分析由于这种 D
6、OROT 减压阀 膜片差压式减压阀在运行中经常损坏，给电厂机组技术供水系统造成极大影响。因此，我们对两年来该减压阀的运行和检修情况进行了总结和分析，得出了该减压阀容易损坏的以下三个方面的原因。3.1、减压阀设计选型方面的原因紫坪铺电厂机组水头在 68.4m132.76m 变化，水头变幅之大在全国也很少见。最初 设计考虑采用两级减压方式实现，即第一级减压至 0.80 MPa，第二级减压至 0.300.40 MPa。但由于现场管路布置条件限制，只能安装一台减压阀，因此设计 最终定为一级减压，在某国技术代表的承诺下，选用了该国的膜4片差压式减压阀。该减压阀的最大最大减压比为 1：3，当水头达到最大水
7、头132.76m 时，该减压阀出口最低能调至 0.46 MPa，否 则为恶劣工况区。由于电厂水源为雪山融化水，水温较低，常年保持在 18以下，水冷却效果很好。电厂机组技术供水经现场运行检验，水压在 0.25 MPa0.40 MPa 最为合适。因此该减压阀在技术供水系统中，经常工作于正常工作调节压力范围之外，长期工作在恶劣工况区，导致减压阀使用寿命短，容易损坏。3.2、减压阀结构方面的原因通过损坏减压阀的分析，在结构上存在容易损坏的缺陷，并且损坏是一个逐渐加剧的过程：第一步损坏是由于导向爪与底座密封圈之间存在无法消除的间隙，且阀杆和阀在高速水流的冲击下无法保持完全垂直运动，在机组运行时水力波动使
8、导向爪与密封圈发生碰撞，在机组长期工作压力范围内，6 个导向爪上均匀地磨出了一圈磨损痕迹。第二步损坏是在第一步损坏的基础上，机组经常进行开、停机操作，在导向爪上、下移动过程中，因磨损痕迹的出现和阀杆无法保持垂直运动的影响，使导向爪对底座密封圈产生了一定的拉伸破坏力，从而使导向爪断裂、底座密封圈脱落。第三步损坏是由于导向爪断裂（图二）5后，操作杆和阀盘摆动幅度增大，出现偏斜、卡涩现象，最后出现操作杆疲劳性断裂，橡胶隔膜损坏，导致减压阀无法正常工作。3.3、机组技术供水运行方式方面的原因受紫坪铺电厂技术供水系统运行方式影响，机组技术供水备用水源尾水取水方式不可用。主变冷却用水又取自备用技术供水总管
9、。因此机组备用技术供水总管不允许断流。为保证机组备用技术供水水源，机组技术供水备用水源由四台机组主用水源通过联络阀 1231D4231D 联络运行，由于每台机组减压阀后压力不可能调整到完全相同，造成减压阀为了消除压力差长期参与调节，影响了使用寿命。同时由于机组开、停机时的瞬间流量变化非常大，对联络运行的机组减压阀产生的瞬间调整冲击也非常大。4、紫坪铺电厂技术供水系统减压阀更换选型为解决紫坪铺电厂机组技术供水系统减压阀容易损坏的问题，决定对紫（图三）6坪铺电厂机组技术供水系统减压阀进行重新选型，选型后的减压阀能从根本上解决现有减压阀所有存在的问题。选型标准如下：A、整体结构合理且刚性好，以防止零
10、部件断裂 现象；B、活塞式 结 构，以防止橡胶膜片老化、强度不够、断裂现象；C、流量与 压 力的调节 能力强、 稳定，以满足三台运行一台备用的工况；D、满 足机组开、停机，甩负荷工况时稳定运行的要求。经过对各种减压阀资料收集和到相关电厂进行考察，决定采用北京时代中基科技发展有限公司生产的 ZJY46H 型活塞式减压阀，替代紫坪铺电厂目前用的国外进口的差压膜片式减压阀。4.1、ZJY46H 型活塞式减压阀的特点如图四所示：P 1为进口 压力；P 2为出口压力。由主 阀和反馈控制系统组成。4.1.1、合理的结构：由 P1 流向 P2 水流为从上至下在 节流锥上形成流畅的态式，紊流 现象减少；由内锁
11、定螺母和安全拉杆组成的出口压力内锁定装置可有效保护因产品故障出口压力升高现象；双外置反馈控制系统通过切换阀作互为备用的切换，以保证反馈控制系统无故障地对主阀控制。反冲排污系统可保证反馈系统无堵塞地运行。由于主阀和控制阀均采用活塞式结构在整体刚性方面各承压部位有足够的强度。我们在宝珠寺电站（最高水头 104m） 和天生桥发电总厂（最高水头 214m）调查，该产品从未发生过部件断裂现象。4.1.2、压力和流量特性如图四所示、P t 为 减 压 阀 主 阀 弹 簧 压 力 ；Pk 为 减 压 阀 主 阀 压 力 调节 腔 压 力 ；Pt为 反 馈 系 统 控 制 阀 弹 簧 压 力 ；Pk为 反 馈
12、 系 统 控 制 阀 压力 调 节 腔 压 力 ；h 为 阀 座 和 节 流 锥 的 开 启 高 度 （相 当 于 过 流 面 积 ）。减压阀正常工况时， Pt=Pk ，在控制阀 Pt=Pk。此 时，主阀和控制阀7的阀座与节流锥开启高度是一个定值。因此，P 2 是一个低压值。在进口压力 P1变化时， P2 是不变的，工作原理如下：当 P1 上升时，减压阀的首先表现为 P2+P2，其 值经出口管至控制阀，使Pt+Pt，Pt+Pt=Pk（新平衡），L 减小，P k压力增大，经导管，使主阀的Pk+Pk，Pt=Pk+Pk（新平衡），主阀 H 减小、 P2值恢复为原 P2值。当 P1 下降时，主阀与控制
13、 阀的工况则与上述的工况相反。当出口流量 Q 增大时，工况为 P1 下降时的工况。 当出口流量 Q 减小时，工况为 P1 上升 时的工况。 过流面积是随着用水量的变化而变化的。（图四）84.1.3、减压比因不受 P1 的影响，只要 Pk 有足够的压力与 Pt 和 Pk 形成平衡，形成合适的主阀过流面积，减压比相应会较大。以下是我们调查 ZJY46H-16 型活塞式减压阀电站运行参数： 序号 电站名称 口径（mm） 压力（MPa）P2（MPa） 数量（台）电站装机（WM台）P1 水头(m) 电站所在地1. 天生桥发电总厂 300 1.6 0.60 4 2205 214176 贵州、兴义2. 天生
14、桥一级电厂 400 2.5 0.35 2 3004 14872 贵州、兴义3. 马关水力发电厂 150 4.0 0.30 2 62 330280 云南、马关4. 南令二级电站 200 4.0 0.35 2 64 320280 云南、文山5. 禄劝水电站 200 4.0 0.28 2 82 320260 云南、昆明6. 小牛颈 100 4.0 0.30 1 62 360350 四川、天全4.1.4、流量分析紫坪铺电站机组单机额定流量为 1100m3/h，主变为 480m3/h，要求单阀供水大于 1580m3/h。本次选用 ZJY46H-16C DN350 减压阀，厂方提供相关参数为：过流直径 3
15、25mm；最大行程 H（见图四）为 52mm。因此，最大过流面积为：53093 mm2。最大水 头 170m（加水锤压力）。我们要求 ZJY46H-16C DN350 减压阀在最低水 头时满足流量为 1580m3/h的要求。厂家提供的相关电厂运行实测相关参数如下：电站名称 口径（mm） 压力（MPa）P2（MPa） 数量（台）电站装机（WM台）P1 水头(m) 电站所在地天生桥一级电厂400 2.5 0.35 2 3004 14872 贵州、兴义阀前压力（MPa）阀的过流面积(mm 2) 流量（m 3/h）过流孔流速（m/s）备注9电站名称 口径（mm） 压力（MPa）P2（MPa） 数量（台
16、）电站装机（WM台）P1 水头(m) 电站所在地0.10 30864；（最大：72068） 2000 18 过流流直径：370mm行程（H）：65mm根据 ZJY46H-16C DN350 减压阀的相关技术参数，我们推算出来的数据如下：当阀前压力为 0.10 MPa、流速 为 18m/s、流量 为 1100 m3/h 时，所需过流面积为：16975mm 2，（最大 过流面积为：53093 mm2）只占最大过流面积 32%。当阀前压力上升时，根据根据减压阀的工作原理，主阀过流面积只会减小，所以 ZJY46H-16C DN350 减压阀的过流量应该 能够满足机组运行要求。5、ZJY46H-16C
17、DN350 减压阀的电厂试运行2008 年 4 月 26 日晚 8 时，第一台 ZJY46H-16C DN350 减压阀在紫坪铺电站的 3#机组技术供水系统投入试运行。即时工况为：P 1为 1.00 MPa；P2为0.35MPa。机组后各用水点压力表指示平稳，减压阀只听到水流声，无异常噪音。运行一小时后，我们和厂家对减压阀进行了相关测试，结果如下：1、反馈系统切换：切换时 P2 无压力波动;2、调节反馈系统控制阀，P 2调节范围在 0.250.55MPa，调节反应灵敏；3、关闭减压阀后的阀门，P 2 升高至 0.40MPa 停止，打开减压阀后的阀门，P2 回复至 0.35MPa；4、流量与减压
18、阀过流面积：电磁流量计显示为 1100m3/h，此时主阀过流面积为 17357mm2（最大 过流面积 53092mm2），只占最大过流面积的 32%，还有充分的的过流量。计算出过流孔流速为 17.6m/s。与我们的分析数据相关不大。至 2008 年 10 月止，紫坪铺电站全部机组的技术供水系统全部改造完毕。6、结论10紫坪铺电站通过对机组技术供水系统减压阀进行改造后，达到了以下几方面效果：1、消除了紫坪铺电厂在设计选型方面的问题， ZJY46H-16 型活塞式减压阀的减压比能达到 10：1，所以能满足我厂 68.4m132.76m 水头下，减压阀后压力为 0.25MPa0.40 MPa 的变幅
19、范围，同时一级减压即可。2、消除了紫坪铺电厂原有国外减压阀在结构上容易损坏的问题。ZJY46H-16 型活塞式减 压阀从结构上看，活塞杆受活塞和支撑筋两点定位，能保证活塞杆和阀盘位置在工作中保持垂直上下移动，阀盘不会与其它部件发生碰撞，而且没有橡胶隔膜等容易损坏的部件，并且该减压阀各零部件结构坚固耐用，具有使用寿命长的优点，从而减少了大量的维护工作量。3、ZJY46H-16 型活塞式减压阀从今年四月运行至今，未出现任何故障，为电厂安全运行提供了保障。6、遗留问题目前遗留的问题是由于机组技术供水系统设计方式已无法进行更改，因此四台机组主用供水和备用技术供水总管属联络运行方式，而水源由四台机组蜗壳取水供给。技术供水联络运行方式对减压阀产生的长期参与调节的影响仍然存在，可能会缩短减压阀的使用寿命，由于更换后的减压阀结构坚固，这方面的影响将不会太大。
