浅谈几种电站用特殊调节阀的设计与选型

发布时间:2010-08-27  点击数:1684
    调节阀在电站调节阀中应用最广泛、工作环境最恶劣,同时也是所有阀门中功能最多的一类阀门。作为电站自动化实现的最后一个环节,其设计及选型的合理性,直接关系到机组是否能正常、稳定和经济的运行。由于电站调节阀结构千变万化,使用工况亦各不相同,无法—一详细列出。以下就对几种恃殊工况下,调节阀的设计及选型提出一些自己的看法;如有不当之处,还请读者多多指正。
一、高、低压加热器疏水调节阀
     高、低压加热器疏水调节阀一般流通介质为压力较低的饱和水或者带有一定过冷度的饱和水,在经过节流后由于压力降低,少部分介质产生汽化,形成闪蒸。由于闪蒸现象的存在,相对于其他调节阀的设计和选型,可注意以下几点:
    (1)采用合理的阀芯结构及耐气蚀的材料以提高阀门的使用寿命。虽然高、低压加热器疏水调节阀的压差不是很大,但由于闪蒸现象的存在,不可避免的会产生一定的气蚀。而且前解决阀门的气蚀问题主要有两个办法,一是采用耐气蚀的材料做内件,二是采用合理的阀芯结构。以我公司生产的高压加热器疏水调节阀Ts1Z阀(见图1)为例,该调节阀采用套筒节流的形式,其结构是在阀体内放置一个圆形套筒,套筒壁上开一定数量的孔,还配有以套筒内孔为导向能轴向自由活动的阀瓣。套筒式结构在产生气蚀工况下,气泡破裂产生的冲击波在套筒中心相互抵消,冲击能量没有直接作用在套筒和阀瓣上,而是被介质自身吸收,同时,密封面与节流面分开,介质高速流动对密封面的冲刷大为减少。  

   (2)采用合理的计算方法提高设计和选型的准确性。当闪蒸发生后,饱和水或接近饱和状态的水有部分产生汽化,体积急骤增大,影响流体流动,因此其Kv值的计算方法与普通调节阀不同。闪蒸液体的Kv值计算是个比较复杂的问题,计算公式也有临界压差法、闪蒸密度法、经验放大法和热平衡汁算法等,比较常用的是临界压差法。每种计算方法均比较复杂,这里不—一详谈。经笔者反复验算,觉得以下计算方法既简单方便,又有一定的准确性,推荐给大家。
   ΔT<2.8℃  ΔPc=0.06 X P1       (1)
   ΔT>2.8℃  ΔPc=0.9(P1-Ps)   (2)
   ΔT  ——在进口压力下的液体饱和温度与进口温度之差
   ΔPc—— 计算流量用的允许压差(MPa)
   P ——绝对进口压力(MPa)
   P ——进口温度下液体的绝对饱和压力(MPa)
   只有当公式1或2计算出的ΔPc小于调节阀的实际压差ΔP时,要用ΔPc代替ΔP。
二、汽包定排、连排调节阀
   汽包定排、连排调节阀一般流通介质为压力很高的饱和水或者带有一定过冷度的饱和水,其压降很大,一般从汽包压力直接降到大气压。高压差再加上闪蒸,使得其成为电厂工况条件最恶劣的调节阀之一。该类阀门在设计和选型时可注意以下几点:
   (1)采用合理的结构减少冲刷,降低噪音。以我公司生产的T1D阀(见图2)为例,由于该阀门运行压差高,故采用两级减压的方式以降低流速,减少冲刷和降低噪音。同时由于闪蒸现象的存在,饱和水在经过第一级节流后就大量汽化,导致第二级节流面积远远大于第一级节流面积,因此采用了一级柱塞节流,一级笼罩节流的方式。这样就使得由于闪蒸引起的气蚀和冲刷集中在笼罩内进行,既保护了密封面,又降低了噪音。
   (2)采用超强耐冲刷材料作为阀门内件,由于该阀门使用工况极为恶劣,为提高阀门使用寿命,必须采用超强耐冲刷材料作为内件。以T1D阀为例,阀杆及节流部分材料采用了经过表面淬火的马氏体钢,其最高硬度为HRC45土5,淬硬层大于3mm,且具有很强的耐冲刷能力。阀座和密封面表面堆焊厚度大于3mm的硬质钻基合金,同样具有极强的耐冲刷能力。特别是整个阀门中最重要也是冲刷最严重的笼罩,采用整体硬质合金浇铸而成。此外,在阀门下阀体的内部还镶嵌了一个不锈钢内套,能防止阀体被介质直接冲蚀,且方便更换。
   (3)采用合理的计算方法以减少冲刷,降低噪音。以T1D阀为例,第一级减压的计算方法与高、低压加热器疏水调节阀相似,而第二级减压时介质已经是汽水混合体了。此时单纯用水或者单纯用汽的计算公式得出的结果都与实际相差比较大。比较简单的办法是将水部分和汽部分分开计算,再把两部分Kv值相加即可。一般来说当汽相大大多于液相时结果偏大,而液相大大多于汽相时结果偏小。这样得出的结果虽然和实际仍有一定的出人,但已基本能满足设计需要。此外还有一些更加详细的计算方法,这里不一一详述。同时在设计时考虑合理分配各级压差也相当重要,尽量使闪蒸引起的大部分气蚀发生在笼罩内,这样就减少了介质对阀门密封面和阀体的冲蚀。
三、锅炉给水调节阀
    锅炉给水调节阀是电站阀门中最重要的调节阀之一;它的好坏直接影响到锅炉的正常运行。其使用工况比较复杂,一般来说在机组启动时它的流量较小,压差却很大,且很容易产生气蚀。而机组启动后则流量变大,压差变小。根据其特点,在设计和选型时可注意以下几点:
   (1)在小流量、高压差时,必须采用多级减压。这样一方面可以避免机组启动时高压差产生的气蚀,另一方面也降低了介质的流速,减少了介质对阀门内件的冲蚀。在流量大时则采用一级减压,以提高阀门的通流能力。以我公司生产的Tg2Z阀(见图3)为例,在小开度时就采用了三级套筒节流的方式,这也是比较常用的多级减压方式,对防止气蚀具有很好的效果。此外还有迷宫式、碟片式等多级减压方式,对防止气蚀也都有不错的效果。  
    (2)根据阀门工况特点采用等百分比的流量特性。由于在机组启动时阀门的流量较小,而机组启动后则流量变大,采用等百分比的流量特性可以提高阀门在小开度时的可调性,提高调节精度。
    (3)采用耐气蚀的材料做内件,提高阀门的使用寿命。由于该阀门在机组中的重要性及使用工况的恶劣性决定了该阀门必须使用耐气蚀的材料做内件才能满足机组运行的需要。
    总结以上三种调节阀的特点,我们不难发现,在它们设计和选型过程中关键是在恶劣工况情况下防止介质对阀门内件的冲蚀,提高其使用寿命,根据不同工况主要有以下几个办法:
   (1)采用合理的结构减少介质对阀门内件的直接冲蚀。
   (2)采用多级减压防止气蚀现象的产生。
   (3)采用超强耐冲刷材料作为阀门内件。
    此外,注意不同工况下采用合理的计算方法也是提高此类阀门使用性能的重要方法。相信随着科学技术的不断发展,随着新技术、新材料、新工艺的不断使用,电站调节阀将会越做越好,更好的为电站自动化服务。
     注1:气蚀、闪蒸——液体在通过调节副时液体达到最大速度,压力降至低于饱和压力,液体中产生蒸气形成气泡,当液体流过调节副后,液体摩擦引起流体减速。导致液体压力增加,当出口压力高于液体饱和压力时,由节流产生的气饱就会挤压破裂,气泡破裂时产生的几百个大气压具有很强的破坏性,以上过程就称为气蚀。而当出口压力低于液体饱和压力时,由节流产生的气泡仍存在不再恢复为液体,称为闪蒸。
    注2:Kv值——我国额定流量系数符号,用来表示阀门的流通能力。

    参考文献
    [1]杨源泉,阀门设计手册,机械工业出版让,1992。
    [2]中国动力工程学会,火力发电设备技术手册第四卷.机械工业出版社,1998。