一、简答题1. 按用途不同阀门可分哪几类?
阀门按不同的分类方法,可分为很多类别,一般按用途不同,可分为如下几类:
(1)关断用阀门。它起着切断或接通管道中流体通路的作用,又称截止阀,如常用的闸板阀、球形阀等。
(2)调节用阀门。起调节工质流量和压力的作用,如调节阀、节流阀、减压阀等。
(3)保护用阀门。起防止承压元件超压、截止倒流的作用,是系统中的重要安全附件。如安全阀、逆止阀以及快关阀等。
2. 闸阀的作用是什么?
闸阀也称闸板门,它由阀体、阀盖、阀杆、阀板、驱动装置等组成。闸板可做成楔式或平行式,闸板可以是单板,也可以是双板。闸板插入阀体通道中,阀门被关闭;闸板提起离开阀体通道,阀门被开启。闸阀用于管路的关断或接通,运行时处于全开状态,停运时处于全关状态。闸阀不宜用于调节流量及压力,否则,密封面很快磨损,严密性下降。
3. 球阀的特点是什么?
球阀也称球形阀,因其阀芯为圆柱形而得名。它由阀体、阀盖、阀杆、阀芯、阀座、驱动装置等组成。当阀芯与阀座密封面压紧时,阀门关闭;当阀芯离开阀座时,阀门开启。球形阀也主要用于管路的关断或接通,而不宜用作调节介质的流量或压力。一般用于直径较小,并要求有较高的关断严密性的管道系统中。
球形阀的优点是结构较简单,严密性较好,制造维修较方便,广泛用于截断流体的场合。球形阀的缺点是阀体通道弯曲,介质流动阻力较大;阀体较长,占地面积大,不宜做成大直径阀门,一般直径不大于100mm;流体不得反向流动,否则,阀门关断时,流体压力仍作用于阀盖上。
4. 什么是针形阀?针形阀的作用是什么?
针形阀又称节流阀。针形阀的结构与球形阀相近,不同点是它的阀芯做成细长的圆锥,呈流线型。当阀芯离开阀座不同距离时,阀芯与阀座之间有不同的环形间隙,即流体有不同的通道面积,从而通过改变阀芯与阀座的距离,就可改变流体的流量,或借其节流作用而改变流体的压力。
针形阀在热力系统中用途很多,如用于减温减压器的喷水调节阀;某些锅炉用作减温水调节阀;在热工检测系统中,用于传递压力的二次门等。
5. 逆止阀的作用是什么?
逆止阀又称止回阀、单向阀等,它在管道系统中的作用是:只允许流体按规定方向流动,而不允许反向流动。它在运行中的开启与关闭都是自动的,当流体按规定方向流动时,阀芯在流体动能作用下自动开启;当流体逆流时自动关闭,截断流体通道。逆止阀的结构型式很多,有升降式、旋启式、液压式等。无论哪种型式,都是流体顺流时,阀芯在流体动能作用下顶起,逆流时流体压力作用在阀芯上而将其关闭。在热力系统中,逆止阀的应用很广泛,如与压力管道或压力容器连接的水泵出口,锅炉给水管道,汽轮机抽汽管道以及其他不允许流体反向流动的管道,均需装逆止阀。
6. 旁路门的作用是什么?
在大直径管道上,主阀门的前后连接一根支管,这根支管称旁路管。旁路管上安装的小直径阀门,称旁路门。根据不同的目的,旁路门的主要作用是:
(1)减小大直径闸板阀的开启力。大直径闸板阀开启前是一侧受力,闸板被推向另一侧,紧压在阀座密封面上,开启它将很费力。这时可先打开旁路门,使闸板两侧压力接近平衡,不但可减小开启力,还可防止密封面磨损以及阀杆弯曲。
(2)蒸汽管、给水管启动时暖管。暖管时开启旁路门,流量易于调节,从而能方便地控制升温速度。
(3)某些管路在负荷低、流量小时,可开启旁路门而关闭主阀门。这样可防止主阀门因开度过小,工质流速很高而磨损阀门密封面,并改善调节性能。
7. 安全阀的作用是什么?什么是工作安全阀与控制安全阀?它们的动作压力是如何规定的?
安全阀的作用是防止锅炉及其他承压容器超压,保证锅炉及其他压力容器安全运行的重要保护装置。当锅炉或其他承压容器内工质压力超过规定值时,安全阀能自动开启释放工质泄压,使压力恢复正常范围。
锅炉的安全阀分为控制安全阀与工作安全阀两种。它们的区别在于其动作压力(或称起座压力)不同,控制安全阀的动作压力低于工作安全阀的动作压力。运行中压力超过规定值时,控制安全阀首先开启放汽,如果汽压恢复正常,工作安全阀就不需要动作。如果控制安全阀开启后,压力还继续上升,工作安全阀也将开启放汽,以控制压力。
8. 锅炉安全阀的数量与排汽量是如何规定的?
按照SD 167—1985《电力工业锅炉监察规程》的规定,每台锅炉至少要装2只安全阀。过热器出口、再热器进口与出口、直流锅炉的启动分离器,都必须装安全阀。安全阀的排汽量是这样规定的:全部安全阀排汽量的总和必须大于锅炉最大连续蒸发量。当所有安全阀都开启后,锅炉蒸汽压力上升幅度,不得超过工作安全阀起座压力的3%,且不得使锅炉各部分压力超过计算工作压力的8%。再热器进、出口安全阀的排放总量应是再热器最大设计流量的100%。直流锅炉启动分离器安全阀的蒸汽排放量,应大于锅炉启动时的产汽量。
9. 安全阀有哪几种类型?
安全阀的类型比较多,在电站锅炉上使用较广泛的有以下几种型式:
(1)重锤式安全阀,也称杠杆式安全阀,有单座和双座两种,前者用于除氧器、扩容器等压力容器上,后者多用于高温高压锅炉上。
(2)弹簧式安全阀,又分为弹簧微启式安全阀和全启式安全阀。
(3)脉冲式安全阀。
(4)活塞式盘形弹簧安全阀。
10. 锅炉上水时,为什么对水温及上水时间均有所限制?
锅炉冷态启动时,各部件的金属温度与环境温度一样。当高温水进入汽包时,汽包内壁与热水接触,温度立即上升,而厚壁汽包的外壁温升较慢,汽包内外壁出现温度差。汽包壁越厚,内外温差越大,由此产生的热应力也越大。上水温度越高,速度越快,引起汽包内外壁温差越大,严重时会使汽包壁面产生塑性变形,甚至出现裂纹。另外,上水温度高、速度快,还容易引起水冷壁各部位膨胀不均匀。因此,锅炉上水时,对水温及上水速度均有一定限制。
一般规定:冷炉上水时,进入汽包的水温不得高于90℃。水位达到汽包正常水位-100mm处所需时间,中压锅炉夏季不少于1h,冬季不少于2h;高压以上锅炉,夏季不少于2h,冬季不少于4h。如果锅炉金属温度较低,而水温又较高或锅炉金属壁温较高而水温较低时,应适当延长上水时间。
未经完全冷却的自然循环锅炉,进入汽包的水温与汽包壁温的差值不得大于40℃。当水温与锅炉金属温度的差值在20℃(正值)以内时,上水速度可以不受上述限制,只需注意不要因上水引起管道水冲击即可。
11. 锅炉升压速度是如何规定的?
锅炉启动过程中,将由冷态过渡到热态,随着工质压力的升高,温度也逐渐升高。所以,在启动过程中,控制升压速度的实质就是控制升温速度。
启动过程中,随着工质压力与温度的升高,会引起厚壁汽包的内外壁温度差、汽包上下壁温度差及汽包筒体与两端封头的温度差,这些温差的存在,均将产生热应力。上述温差的大小在很大程度上取决于温升速度,也就是升压速度。升压速度越快,产生的温差越大,由此产生的热应力也就越大。另外,升温过快对压力管道、紧固件(如螺栓等)、流量孔板、法兰等也都有不利影响。
为了保证启动过程中上述温差不致过大,各受热面管子能均匀膨胀,受热面壁温不致过高,要求工质温度平均上升速度不应大于1.5~2.0℃/min。根据这个升温速度的要求及压力与温度的对应关系确定升压速度,并据此绘出锅炉的升压曲线,作为锅炉启动时控制升压速度的依据。
12. 锅炉升压初始阶段(0~1MPa)为什么要求进行排污?
在升压初始阶段,锅炉水循环尚未正常建立,汽包上下壁温差较大;由于投入的燃烧器数量较少,炉内热负荷不均匀,各受热面的热膨胀可能不一致;另外,由于蒸发量很小,锅炉不需上水,省煤器中的水处于不流动状态,对省煤器的冷却效果很差。上述这些情况对锅炉启动过程中的安全都是不利的。为此,在升压至0.3MPa时,可由水冷壁下联箱进行排污促使锅水流动,均衡受热面的热膨胀。水冷壁下联箱排污还可促使水循环及早建立,可减小汽包上下壁温差;同时可放掉沉积物及溶盐保证锅水品质;在进行放水的同时,要进行上水,使省煤器中的水流动,防止省煤器壁温升高。
13. 升压过程中如何判断锅炉各部分膨胀是否正常?出现膨胀不均匀的原因是什么?
升压过程中,锅炉各部分温度也相应升高,受热面管、联箱、汽包都要膨胀伸长。在升压过程中,通过监视各处膨胀指示器的指示,根据不同压力下相应的壁温,即可判断膨胀值是否正常,膨胀方向是否正确。
升压过程中,如果出现膨胀不均,就会产生一定的热应力,严重时会使联箱变形或管子损坏,对于膜式水冷壁更应注意这一点。出现膨胀不均的主要原因是升压过程中投入燃烧器数目少,炉内各部分温度不均匀,使水冷壁的受热不均,各水冷壁管的水循环不一致。为防止这种情况的出现,应正确选择和适当轮换点火油枪或燃烧器,对于膨胀较小的水冷壁管,可由其下联箱适当放水。膨胀不均的另一个原因是某些管子或联箱在通过砖衬或护板时膨胀受阻,或导架、支吊架及其他杂物阻碍,使膨胀不足。因此,对于升压过程中出现的膨胀不均要认真检查,找出原因,及时处理。
14. 锅炉启动过程中对过热器如何保护?
锅炉正常运行时,蒸汽以较高速度流过过热器管,靠蒸汽的冷却作用保证管子金属安全工作。在启动过程中,尽管烟气温度不高,管壁却有可能超温。这是因为启动初期,过热器管中没有蒸汽流过或蒸汽流量很小,立式过热器管内有积水,在积水排除前,过热器处于干烧状态,另外,这时的热偏差也较明显。上述情况都说明锅炉启动过程中过热器的冷却条件较差,部分管子有可能出现超温。上述情况还可由管壁温度近似计算公式看出,即
tb=tgq+α1/(α1+α2)(θ-tgq)
式中tb——管壁温度,℃;
tgq——蒸汽温度,℃;
θ——烟气温度,℃;
α1——烟气到管壁的对流换热系数,W/(m2·℃);
α2——管壁到工质的对流换热系数,W/(m2·℃)。
在额定工况下,α1约为70~95W/(m2·℃),α2约为1750~3490W/(m2·℃),α1/(α1+α2)的值约为0.02~0.05,壁温与汽温大约相差15~40℃。在启动时,蒸汽流量很小,α2很低,α1/(α1+α2)的值就较大,壁温就较高。据试验,当负荷为额定负荷的10%~15%时,壁温比汽温可高出100~150℃。
为了保护过热器管壁不超温,在流量小于额定值10%~15%时,必须控制进入过热器的烟气温度,手段是限制燃烧率或调整炉内火焰中心位置。随着压力的升高,蒸汽流量增大,过热器冷却条件有所改善,这时可用限制锅炉过热器出口汽温的办法来保护过热器,要求锅炉过热器出口汽温比预定温度低50~100℃。手段是控制燃烧率及排汽量,也可调整炉内火焰中心位置或改变过量空气系数。但从经济性考虑是不提倡用改变过量空气系数的方法来调节汽温。
15. 升压过程中为何不宜用减温水来控制汽温?
启动过程的升压阶段,当采用限制过热器出口汽温的方法来保护过热器时,要求用限制燃烧率、调节排汽量或改变火焰中心位置的方法来控制汽温,而不采用减温水的方法来控制汽温。因为升压过程中,蒸汽流量较小,流速较低,减温水喷入后,可能会引起过热器蛇形管之间的蒸汽量和减温水量分配不均匀,造成热偏差,或减温水不能全部蒸发,积存于个别蛇形管内而形成“水塞”,使管子过热,造成不良后果。因此,在升压期间应尽可能不用减温水来控制汽温。万一需要用减温水时,也应尽量减小减温水的喷入量。
16. 锅炉启、停过程中,对省煤器如何保护?
锅炉在启、停过程中,大多采用打开再循环门,使汽包、再循环管、省煤器、汽包之间形成自然循环的方法来保护省煤器。实践证明,采用开启再循环门来保护省煤器的措施并不完善,主要原因是所产生的运动压力很低,不易维持正常的水循环。为此,有些锅炉从省煤器出口至除氧器水箱或疏水箱之间,装一带有阀门的回水管,在启、停过程中开启此阀门,就可保证省煤器中有水不间断地流动,使省煤器蛇形管得到可靠的冷却。
17. 锅炉启动过程中,汽包上、下壁温差是如何产生的?怎样减小汽包上、下壁的温差?
在启动过程中,汽包壁是从工质吸热,温度逐渐升高。启动初期,锅炉水循环尚未正常建立,汽包中的水处于不流动状态,对汽包壁的对流换热系数很小,即加热很缓慢。汽包上部与饱和蒸汽接触,在压力升高的过程中,贴壁的部分蒸汽将会凝结,对汽包壁属凝结放热,其对流换热系数要比下部的水高出很多倍。当压力上升时,汽包的上壁能较快的接近对应压力下的饱和温度,而下壁则升温很慢。这样就形成了汽包上壁温度高、下壁温度低的状况。锅炉升压速度越快,上、下壁温差越大。
汽包上、下壁温差的存在,使汽包上壁受压缩应力,下壁受拉伸应力。温差越大,应力越大,严重时使汽包趋于拱背状变形。为此,我国有关规程规定:汽包上、下壁允许温差为40℃,最大不超过50℃。目前,随着制定工艺技术水平的提高,汽包上下壁温差只允许增大到不超过56℃~60℃。为控制汽包上、下壁温差不超限,一般采用如下一些措施:
(1)按锅炉升压曲线严格控制升压速度。
(2)设法及早建立水循环,如引入邻炉蒸汽加热锅水,均匀投入燃烧器,水冷壁下联箱适当放水等。
(3)采用滑参数启动。
18. 锅炉停炉过程中,汽包上、下壁温差是如何产生的?怎样减小汽包上、下壁的温差?
锅炉停炉过程中,蒸汽压力逐渐降低,温度逐渐下降,汽包壁是靠内部工质的冷却而逐渐降温的。压力下降时,饱和温度也降低,与汽包上壁接触的是饱和蒸汽,受汽包壁的加热,形成一层微过热的蒸汽,其对流换热系数小,即对汽包壁的冷却效果很差,汽包壁温下降缓慢。与汽包下壁接触的是饱和水,在压力下降时,因饱和温度下降而自行汽化一部分蒸汽,使水很快达到新的压力下的饱和温度,其对流换热系数高,冷却效果好,汽包下壁能很快接近新的饱和温度。这样,和启动过程相同,出现汽包上壁温度高于下壁的现象。压力越低,降压速度越快,这种温差就越明显。
停炉过程中汽包上、下壁温差的控制标准,与启动时一样。为使上、下壁温差不超限,一般采取如下措施:
(1)严格按降压曲线控制降压速度。
(2)采用滑参数停炉。
19. 什么是暖管?暖管的目的是什么?暖管速度过快有何危害?
用缓慢加热的方法将蒸汽管道逐渐加热到接近其工作温度的过程,称为暖管。被加热的管道,对单元机组是指由锅炉出口至汽轮机的主汽门,对母管制系统是指由锅炉出口至母管之间的管道。
暖管的目的是通过缓慢加热使管道及附件(阀门、法兰等)均匀升温,防止出现较大温差应力,并使管道内的疏水顺利排出,防止出现水击现象。为达到暖管目的,暖管的升温速度一般控制在2~3℃/min。
由于管道与附件的厚度差别较大,若暖管时升温速度过快,会使管道与附件有较大的温差,从而产生较大的附加应力,例如,高压管道若以8℃/min的升温速度暖管,管道与法兰的温差可达80℃,与法兰紧固螺栓的温差可达120℃,由此产生的热应力将是不允许的。另外,暖管时升温速度过快,可能使管道中疏水来不及排出,引起严重水击,从而危及管道、管道附件及支吊架的安全。
20. 停炉后达到什么条件锅炉才可放水?
停炉操作的最后一步,是把锅炉内的水放掉。一般要求水温降到80℃后,才允许将锅炉内的水放空。这是因为如果水温较高就放水,炉内温度还较高,炉墙及受热面金属还蓄积一定热量,放水后水冷壁内没有工质冷却,使壁温升高,且温升是不均匀的,对水冷壁安全不利。另外,水温较高就放水,水会汽化产生一部分蒸汽,导致损失部分工质。但水温太低时放水,又会延误检修时间。
目前电厂多采用带压放水,如在压力降为0.5~0.8MPa时就放水,这样可加快消压冷却速度,放水后能使受热面管内的水膜蒸干,对防止腐蚀有利。但压力较高就放水,可能还会出现汽包上、下壁温差,这是带压放水需特别注意的问题。
21. 什么是滑参数启动?
滑参数启动,是锅炉、汽轮机的联合启动,或称整套启动。它是将锅炉的升压过程与汽轮机的暖管、暖机、冲转、升速、并网、带负荷平行进行的启动方式。启动过程中,随着锅炉参数的逐渐升高,汽轮机负荷也逐渐增加,待锅炉出口蒸汽参数达到额定值时,汽轮机也达到额定负荷或预定负荷,锅炉、汽轮机同时完成启动过程。
22. 滑参数启动有哪些优越性?
滑参数启动具有以下优越性:
(1)缩短机组启动时间。主要是由于锅炉升压过程、暖管和汽轮机暖机、启动等过程同时进行,这就大大缩短了机组的启动时间,增加了运行调度的灵活性。
(2)增加机组在启动过程中的安全可靠性。滑参数启动过程中,锅炉承压部件是在蒸汽参数较低的情况下进行加热的,使热膨胀较均匀,热应力较小。对汽轮机来说,由于进入的蒸汽参数低、比热容大、流速高、蒸汽过热度小、传热系数较大,能使各部件均匀加热,减小热应力,并使动、静部分胀差减小。对锅炉来说,由于水循环能及早建立,升压速度较慢,使汽包上、下壁温差易于控制在允许范围之内,同时,过热器的冷却条件也得到很好的改善。
(3)启动过程的经济性提高。这主要是由于缩短了启动时间,使机组及早发电,机组在启动过程中就发电,以及启动过程中工质、热量损失减小所带来的经济效益。
当然,滑参数启动也有一定缺点,如锅炉要较长时间在低负荷运行,容易引起燃烧不稳;启动过程中锅炉的操作多,对汽温控制要求较严等。
23. 什么是滑参数停炉(或停机)?滑参数停炉(或停机)有何优越性?
滑参数停炉(或停机),实质上是锅炉、汽轮机联合停止运行。机组由额定参数、负荷工况下,用逐步降低锅炉汽压、汽温的方法,使汽轮机逐步减低负荷,当汽压、汽温降低到一定数值(具体数值各厂有不同的规定)后,可将锅炉灭火。锅炉灭火后,汽轮机可利用锅炉余热所产生的低温低压蒸汽继续发电。一般待汽压接近零时,才解列发电机。
在整个机组的降压、减负荷过程中,是根据汽轮机降负荷时对汽温、汽压的要求,由锅炉通过调整燃烧来实现的。当然,降压、降温的速度也要考虑锅炉自身冷却的需要。对于高参数大容量机组,过热汽温下降速度控制在1~1.5℃/min;再热汽温下降速度控制在2℃/min。
滑参数停炉(停机)有以下优点:
(1)缩短了整机的冷却时间。发电机解列后,还可继续降低蒸汽参数来降低汽缸温度,缩短了冷却时间,使检修人员尽快揭缸、缩短检修工期。
(2)提高了安全性。在降负荷过程中,蒸汽参数虽然逐渐降低,但仍有较大的容积流量,对部件的冷却效果较好。所以滑参数停炉对锅炉受热面的保护,对减小汽包上、下壁温差,对减小汽轮机汽缸上、下温度差,减小汽轮机动、静部分胀差均有好处。停机时蒸汽流量较大,又是全周进汽,对汽缸冷却均匀,对汽轮机热变形和热应力较小。
(3)提高了停炉的经济性。利用排掉蒸汽的时间和冷却设备的时间进行发电,以及减少工质损失和热量损失等。
(4)滑参数停机对叶片、喷嘴还有清洗作用。
24. 锅炉停炉分哪几种类型?其操作要点是什么?
根据锅炉停炉前所处的状态,以及停炉后的处理,锅炉停炉可分为如下几种类型:
(1)正常停炉。按照计划,锅炉停炉后要处于较长时间的热备用,或进行大修、小修等。这种停炉需按照降压曲线,进行减负荷、降压,停炉后进行均匀缓慢的冷却,防止产生热应力。必要时应将原煤仓的煤磨完,煤粉仓中的煤粉烧完。
(2)热备用停炉。按照调度计划,锅炉停止运行一段时间后,还需启动继续运行。这种情况锅炉停下后,要设法减小热量散失,尽可能保持一定的汽压,以缩短再次启动时的时间。
(3)紧急停炉。运行中锅炉发生重大事故,危及人身及设备安全,需要立即停止锅炉运行。紧急停炉后,往往需要尽快进行检修,以消除故障,所以需要适当加快冷却速度。
25. 停炉后为何需要保养?常用保养方法有哪几种?
锅炉停用后,如果管子内表面潮湿,外界空气进入,会引起内表面金属的氧化腐蚀。为防止这种腐蚀的发生,停炉后要进行保养。对于不同的停炉有如下几种保养方法:
(1)蒸汽压力法防腐。停炉备用时间不超过5天,可采用这一方法。锅炉停止向外供汽后,应紧闭所有孔、门,以减少热量散失,减缓汽压下降,维持汽包压力在0.5MPa以上。当汽包压力低于0.5MPa时,应点火升压,或用邻炉蒸汽加热装置维持汽压。
(2)给水溢流法防腐。停炉后转入备用或处理非承压部件缺陷,停用时间在30天左右,可采用这一方法。停炉后待汽压降至0.5~1.0MPa时,由过热器出口联箱逆行上水,至锅炉最高点取样门溢水为止,控制溢流水量在50~200L/h。防腐期间应设专人监视并保持汽包压力在规定范围内,防止压力变化过大。
(3)氨液防腐。停炉备用时间较长时,可采用这种方法。停炉后关闭与公共系统连接的所有阀门,锅炉上满水,注入氨液。控制锅水含氨浓度范围:用凝结水或除盐水配制时为500~600mg/L;用软化水配制时为800~1000mg/L。
(4)锅炉余热烘干法。停炉后关闭所有孔门,减少热量散失,锅炉在压力降至0.5~0.8MPa时,将炉水放尽,利用余热将受热面内表面烘干。或利用邻炉热风烘干,然后关紧所有阀门。此方法适用于锅炉检修期的保护。
(5)干燥剂法。锅炉需长期备用时采用此法。停炉经烘干后,将干燥剂(无水氯化钙或生石灰)放入汽包内,关闭所有阀门。干燥剂吸收锅炉受热面内部潮气,保持内表面干燥。