當前，上海汽輪機廠超超臨界、二次再熱等機型的汽輪機主要進汽閥門，如主門、調(diào)門和補汽閥的閥桿漏汽均采用一路漏汽泄壓的設計理念，通過在端部設置動靜密封防止蒸汽外泄，典型結構見圖1所示。該設計理念下，閥桿漏汽腔室維持正壓狀態(tài)，漏汽不再是汽-氣混合物。

由于主門和調(diào)門均具有反向密封，在主門全開時，主門閥桿無漏汽；調(diào)門全開或全關時，調(diào)門閥桿無漏汽?；诖颂攸c，對于閥桿漏汽的去向，一種典型的設計為：主門排大氣，調(diào)門接至軸封系統(tǒng)供汽母管。主門閥桿存在漏汽工況的時間短（僅啟停機階段），調(diào)門的閥桿漏汽可以減少啟動時軸封系統(tǒng)對輔汽的消耗量，因此該設計是經(jīng)典且合理的，但實際運行中，仍存在一些問題：

1）主門閥桿漏汽溫度較高，需在排空時注意安全性或通過大氣式疏擴減溫減壓后排空。如接至凝汽器、疏擴等真空系統(tǒng)，若發(fā)生閥桿動靜密封不嚴的情況，便會造成空氣沿閥桿漏汽管道反向流動，漏入凝汽器而影響其性能；

2）調(diào)門閥桿漏汽接至軸封系統(tǒng)供汽母管，閥桿漏汽量會隨著調(diào)門開度變化，導致軸封系統(tǒng)供汽母管出現(xiàn)較明顯的壓力波動，對機組軸封系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能存在一定影響。另外在達到自密封后，多余的閥桿漏汽將通過軸封溢流管道排放至凝汽器，增大了軸封系統(tǒng)溢流閥和溢流管道負荷。

另一種典型的設計為：將閥桿漏汽接入汽封冷卻器，既可以回收工質及能量，同時又實現(xiàn)了系統(tǒng)閉環(huán)(汽封冷卻器屬于軸封系統(tǒng)設備)，避免對系統(tǒng)外其他設備的影響，降低系統(tǒng)運行的不確定性。但對于上海汽輪機廠超超臨界汽輪機，如果直接接入現(xiàn)有汽封冷卻器，由于閥桿漏汽參數(shù)較高，會存在幾個問題：

1）由于軸封漏汽含有大量空氣，換熱效率較低，僅為純凝結換熱的1/3左右，隨著閥桿漏汽接入，將大大增加汽封冷卻器的面積，同時過大的設備也不利于現(xiàn)場布置；

2）在低冷卻流量下，由于熱負荷增大，造成冷卻水溫升增大，傳熱端差減小。為滿足換熱要求，需要增大冷卻水再循環(huán)流量需求。

針對上述問題，我們開發(fā)了一種新型汽封冷卻器，其汽側分為兩個區(qū)域：1）軸封漏汽/氣冷凝冷卻區(qū)，用于軸封泄漏蒸汽的冷凝回收和軸封泄漏空氣的冷卻及排除；2）汽封加熱區(qū)，利用閥桿漏汽加熱冷卻水并回收工質。在汽封加熱區(qū)內(nèi)，閥桿漏汽不與軸封漏汽所含空氣混合，在凝結區(qū)實現(xiàn)純蒸汽凝結，從而大幅提高換熱效率，有效控制汽封冷卻器面積。冷卻水在冷卻軸封漏汽后再與閥桿漏汽換熱，從而避免了閥桿漏汽引起冷卻水溫升對軸封漏汽冷凝區(qū)的影響。對于極少數(shù)閥桿漏汽量很少的工況，此時閥桿漏汽腔室可能會出現(xiàn)短時間微負壓狀態(tài)，如閥桿端部動靜密封同時存在密封不嚴，則閥桿漏汽中混入的少量空氣也將進入軸封漏汽冷凝區(qū)冷卻，并最終由汽封冷卻器上的風機抽出。新型汽封冷卻器內(nèi)部介質流動示意見圖2。

同時，閥桿漏汽管路系統(tǒng)配合新型汽封冷卻器進行優(yōu)化設計：1）控制管路壓損，使閥桿漏汽腔室基本維持處于0.1-0.5MPa.a范圍內(nèi)的正壓，避免空氣漏入；2）對閥桿漏汽適當噴水減溫，使閥桿漏汽滿足汽封冷卻器的進汽參數(shù)要求。

新型汽封冷卻器及閥桿漏汽系統(tǒng)優(yōu)化的應用，為超超臨界汽輪機以及同種類型閥門（單路正壓密封）的閥桿漏汽提供了一種新解決思路，是上海汽輪機廠目前超超臨界、二次再熱機型的優(yōu)先推薦方案。