华能南通电厂二期2台350MW燃煤发电机组，配用国外某公司制造的亚临界压力、一次中间再热自然循环的固态排渣煤粉炉。再热蒸汽温度由布置于竖井尾部烟道中的调温烟气挡板作主要调节，并且在冷端再热蒸汽与再热器入口联箱之间设置事故喷水减温装置，由引自给水泵中间抽头给水作冷却介质，辅助调节再热蒸汽温度。
一、使用故障
1999年2台锅炉在基建调试阶段，每当使用再热器减温水系统，则再热器减温水调节阀及前后连接管路即出现剧烈振动，且伴有强烈的噪声。多次使用试验均未成功，并造成减温水调节阀前后管路支架焊缝开裂。经过与锅炉和调节阀制造商多次协作处理，均未取得良好效果。2台机组自使用以后，当再热器出口蒸汽温度超限时，因缺乏有效的辅助调节手段，只能降低机组负荷来保证再热蒸汽管的安全，影响了机组的正常出力，造成较大的经济损失。另一方面，再热蒸汽减温水系统无法自动运行，致使再热器金属壁温频繁超限，增大了相应部位管材的损耗。
理论分析和现场试验证明，再热减温水调节阀的振动是因选型参数偏离实际工作参数，由调节阀内部严重汽蚀引起的。通过在再热减温水系统管路上加装手动调节阀，由现场试验调整，使再热减温水调节阀在设计条件下工作，消除了振动，保证了再热减温水系统的正常运行。
二、分析
1、振动及噪声
通常，将调节阀的振动与噪声根据其诱发因素不同，大致可分为机械振动、汽蚀振动和空气动力学振动等3类。对于再热器减温水调节阀，介质是有一定过冷度的锅炉给水，故可排除空气动力学振动这一因素。调节阀的机械振动，其根源在于阀杆相对于导向套筒表面的侧向运动。这种振动产生的噪声，与金属击打声相似。性能稳定的调节阀产品，发生机械振动的可能性较小。汽蚀振动大多发生在液态介质的调节阀内。当液流通过阀瓣与阀座间收缩通道时，流速逐渐增大，静压下降，在收缩通道的最小截面处，流速达到最大值，静压降至最小值。当静压降低至液体温度所对应的饱和压力时，液体汽化或闪蒸而产生小汽泡，形成汽、液两相流。在收缩通道最小截面的下游，流道逐渐扩大，流速降低，并将动能转化为压力能，静压升高，汽泡产生撞击和挤压而破裂。汽泡破裂时产生强大的压力冲击波，冲击在阀瓣和阀座上，使材料受到冲击损伤，同时引起强烈振动和噪声。
汽蚀形成后，汽、液两相流体的密度小于相同压力和温度下液体的密度，因此，缩流处平均密度下降，并且流动开始受到阻塞。调节阀后的压力进一步下降，即调节阀的压力降增大，结果引起汽化量进一步增大，汽蚀强度增加，通流能力下降。当达到某一状态时.调节阀后压力再下降，而通过调节阀的流量不再改变，此时称之为阻塞流动，对应的调节阀压降称之为阻塞流压降。
汽蚀产生的根本原因在于调节阀内流体缩流加速和静压下降引起液体汽化，调节阀前后的压差越大，调节阀的开度越小，调节阀内流道的收缩度越大，流体加速越强，产生汽蚀的可能性就越大，与之对应的阻塞流压降也就越小。
2、运行工况
华能南通电厂二期2台锅炉再热器减温水调节阀选用压力等级为900PSIG，通径为2英寸（50mm）的单座球形调节阀，型号为MarkOne-Power（图1）。调节阀的选型参数列于表1。该阀为等百分比流量调节阀，卡入式阀座结构。阀杆直径较大且与阀瓣连为一体，气动操作，事故时由气缸活塞上部的弹簧力关闭调节阀。这种驱动方式与膜片式驱动相比，刚性强，稳定性好。因此，可排除发生机械振动的因素，汽蚀振动与噪声是诱发再热减温水调节阀及管路振动的主要原因。
华能南通电厂#3、#4炉再热器事故喷水水源取自锅炉给水泵第三级后的中间抽头。锅炉给水泵有5级叶轮，额定工况下给水泵的出口压力为21.5MPa，根据给水泵的结构推算，第三级后的压力约为12.3MPa，正常运行时实际压力为l1.5MPa，与锅炉制造商提供的再热减温水调节阀选型参数相比，实际进口压力约为选型参数的2倍。也就是说，调节阀实际工作压差超出了技术规范。该阀技术参数显示，在调节阀开度为21%时，阻塞流压降为1.1MPa；调节阀开度为70%时，阻塞流压降为3.2MPa。由此可见，因调节阀前后很大的压差，使调节阀在严重汽蚀的阻塞流状态下工作。所以，再热减温水系统工作时，调节阀用管路系统即会出现剧烈振动和发出强烈噪声。
表1 华能南通电厂二期锅炉再热减温水调节阀的选型参数
| 过程参数 | 工况1 | 工况2 | 工况3 |
| 温度/℃ | 172 | 172 | 172 |
| 入口压力/Mpa | 4.5 | 5.0 | 5.4 |
| 出口压力/Mpa | 4.2 | 4.7 | 5.1 |
| 液体流速/t·h-1 | 4.9 | 29 | 38.7 |
| 流量系数/Cv | 3.682 | 22.435 | 29.643 |
| 估计行程/% | 21 | 70 | 80 |
| 压降/Mpa | 0.28 | 0.27 | 0.28 |
| 阻塞流时的压降/Mpa | 1.118 | 3.221 | 3.431 |
| 噪声/db | <70 | <70 | <70 |
| 阀内流速/m·s-1 | 2.945 | 17.430 | 23.261 |
三、试验与改进
1、诊断试验
理论分析表明，调节阀产生汽蚀振动与噪声的主要原因是缩流加速和流体汽化，减弱缩流加速和防止汽化的措施是减小调节阀前后的压差。为确认再热减温水系统调节阀及管路振动是否系汽蚀振动所为，只要在再热减温系统的供水管路上设置节流降压阀，降低再热减温水调节阀冷却水的进口压力，观察调节阀的振动及噪声状态是否改变。为方便试验调节，利用再热减温水系统管路的调节阀前的截止阀（图2中63）进行节流试验，通过改变该手动截止阀的开度，考察再热减温水系统工作时调节阀的振动变化。
试验在机组负荷250MW工况下进行，此时再热减温水快关阀前的压力为8.0MPa。全关手动截止阀，确认截止阀总行程为18个螺距。手动开启截止阀2圈，然后开启快关阀，调节阀最小开度约15%，此时再热减温水流量约20t/h，调节阀及管路无明显振动和噪音，无振动现象。试验证明，华能南通电厂二期2台锅炉再热减温水系统调节阀及管路的振动是由于实际调节阀进口压力远高于选型参数，调节阀前后实际压降大于该阀技术规范，调节阀内部产生严重汽蚀造成调节阀及管路强烈振动和噪声。
2、处理方案及效果
由于华能南通电厂二期2台锅炉再热减温水系统调节阀及管路振动是由选型不当及调节阀内部汽蚀引起的，常规的方法是更换满足实际参数要求和低噪声抗汽蚀的调节阀。但是，更换新的调节阀，虽能解决振动问题，但费用较高，很不经济。针对本锅炉再热减温水系统承担再热汽温事故及辅助调节任务的特点，保留现场调节阀不变，而将试验时所用的手动截止阀改为手动调节阀，通过试验确定满足再热减温水流要求及再热减温水调节阀不产生明显振动的手动调节阀开度。为使手动调节阀在较宽的工作内不产生汽蚀振动，选用工作压差为1~20.5MPa、额定流量为50t/h抗汽蚀调节阀。
在机组额定工况下，以再热减温水量为25t/h为最大工作流量，通过改变手动调节阀和再热减温水调节阀的开度，使再热减温水调节阀进口处的压力为5.1MPa，且自动调节阀及管路不产生明显振动。固定手动调节阀的开度，并将对应的自动调节阀开度在DCS中设定为最大。再热减温水系统改造后，消除了再热器减温水调节阀的振动和噪声，保证了再热器减温水系统的正常使用，取得了安全和经济双收益的效果。
四、结论
华能南通电厂二期2台锅炉再热减温水系统调节阀的振动是一个较为典型的设计接口问题。锅炉减温水源取自给水泵，对水泵抽头参数选错后，造成减温水调节阀偏离设计工况运行，致使调节阀内产生严重汽蚀并诱发强烈振动和噪声。调节阀的选型应留有足够的安全裕量，以便实际工作状态改变后有足够强的工况适应性。
