电站控制阀的选型——简单循环发电厂（燃气轮机）

      多年来，“简单循环发电厂”一直用于公用电网，满足用电峰值时的电力需求。用电峰值一般发生在夏季，在相对较短的时间内，空调消耗大量电能。这一期间，某些公用电网由于种种原因，例如，装机容量不足或非预期紧急停机等，不能满足电网的需求。正是这时，需要简单循环发电厂并网发电，满足增加的电力需求，避免到电力市场买电。同样，在最冷的冬季，在电加热作为居民家庭取暖主要能源的地方，峰值用电经常需要简单循环发电厂。这种发电装置也常用于需要电量较小，发电比买电更经济的工业或商业设施。

      简单循环发电厂是与传统燃料热电厂或联合循环发电厂相比较而言的。“简单循环发电厂”可以叫做直通式发电厂。这种发电厂可以燃用天然气，或者，如果是双燃料燃气轮机时，是天然气和液体燃料。燃料在燃烧段燃烧，把热能转变成转动动能。然后带动发电机发电。燃烧段的高温排气排入大气，不进行任何利用，因此获得“简单循环”或“直通式”的名称。

      燃气轮机实际上是由空气压缩段，燃烧段和气轮机段组成。空气压缩段吸入空气，压缩到约1.55MPa（225psi），温度312.8℃（595oF）。压缩后的空气进入燃烧段。在燃烧段，燃料与空气混合燃烧，把能量释放给气轮机段。气轮机转动主轴，为空气压缩段、发电机、泵及其它负荷提供能量。辅助系统，例如为使用双燃料的燃料滑架控制装置，用于辅助气轮机段，需要带执行器的调节阀，控制辅助系统的运行。

      简单循环发电厂对于高效满足电力需求起着重要作用。这些发电设备基本上是带动发电机的喷气发动机。因此，对于用户和运行人员来说，安全、可靠的控制装置是最重要的。

图1

图例：A -- 压缩段抽气阀
         B -- 抽气导阀
         C -- 卸载排油电磁阀
         D -- 启动故障排液阀
         E -- 燃气吹扫放空阀
         F -- 除氧阻断阀
         G -- 液体燃料截止阀
         H -- 雾化空气旁路阀
         I  -- 燃料喷嘴吹扫阀
         J  -- 发电机轴承氢气关断阀
         K -- 发电机轴承CO2吹扫阀

      压缩段抽气阀——A

      目的

      燃气轮机的起始段是空气压缩段。空气压缩段吸入空气，增加空气的压力后送入气轮机的燃烧段。“压缩段抽气阀”，有时也叫做“排放阀”，对燃气轮机的运行和保护至关重要。此阀门的作用是在发生事故工况时，迅速排掉压缩段内的压缩空气。从而防止气轮机超速或转速骤增。

      运行工况

      压缩段抽气阀由气缸控制，利用空气关闭阀门或利用弹簧开启阀门。因此，该阀门保持故障开。启动后此阀门处于开的状态，并保持这一状态。当气轮机加速到额定速度的大约95%时，此阀门关闭，并在气轮机运转时保持关闭状态。一旦气轮机卸载。此阀门立即响应，快速排出气轮机压缩段腔室的空气，减慢主轴的转速。设计压缩段抽气阀的两个重要问题是特别高的工作温度和随着工作时间的增加，发生腐蚀的可能性。工作温度可以高达218℃（425^oF）。另外，流过阀门的排气温度可能超过315℃（600^oF）。由于燃气轮机运行时，这此阀门经常保持关闭状态达数月之久，所以很可能在阀座环周围有水汽凝结成水，导致阀体腐蚀。这种腐蚀可能使阀盘粘到阀座上，大大增加开阀所需要的扭矩。因此，未经合适选材的阀门，可能会发生问题。万一此阀门不能开启，可能造成气轮机的严重损坏。

      莱斯利的解决方案

      劳伦斯解决了这些问题。其方法是使用具有全不锈钢阀体和全不锈钢执行器的蝶阀，具有单一主轴承，防止热变形卡死。劳伦斯抽气阀有6''''、8''''、10''''规格，带有间隔环，适应各种气轮机结构，全不锈钢高温设计使用劳伦斯阀门不同于标准蝶阀，能实现多年无故障运行。

      抽气导阀——B

      目的

      压缩段抽气导阀用于控制压缩段抽气阀。气轮机卸载时，此阀断开电源，使抽气阀执行器内的空气排出，从而开启抽气阀。电磁导阀能可靠、安全地控制抽气阀。

      运行工况

      要求这种阀门必须能在环境温度高、潮湿的腐蚀性空气中可靠运行，具有大安全系数，不要求最低压力或最小流量。在气轮机以95%满转速或更高转速运转时，这种“三通压缩段抽气导阀”处于常闭状态（通电），使抽气阀执行器处于不变的空气压力下，从而保持抽气阀关闭。当气轮机卸载时，导阀断电，抽气阀执行器的空气排出，执行器的弹簧力使压缩段抽气阀开启。

      正常运行温度为215℃~288℃（420^oF~550^oF）。

      莱斯利的解决方案

      劳伦斯提供三通转动电磁控制阀，其控制和回座可靠性均优于传统电磁阀。这是因为这种控制阀设计有外部加长操作杆，用于控制阀门具有机械优点。外部操作杆通过转动轴封，把线性执行器的升降动作与阀芯相连。劳伦斯独家提供的“Soli-Con电动执行器”是一种固态控制执行器，其电路在任何类型的输入电压下都向线圈输出直流电流。“Soli-Con电动执行器”装有内部定时器，用于控制冲击电流，因此，电流不取决于电磁杆的位置。这可以避免因阀门无行程而烧毁线圈。断电后，定时器自动重置。由于其独特的设计和高度可靠的“Soli-Con电动执行器”，“劳伦斯二通压缩段抽气导阀”已经在如此苛刻的工作环境下，实现了多年的低技术、免维修运行。

      卸载排油电磁阀——C

      目的

      此阀用于在气轮机轴突然失去负荷，或正常停机时，快速排出液压油，防止破坏性的超速。排油能在1~2秒内实现。液压油是主气态燃料关断阀，主液态燃料关断阀以及压缩段入口导叶定位器的活塞执行器的先导控制液体。

      运行工况

      这些阀门为常开阀门。通电时关闭，阻止阀座下的油压开启阀门。断电时，这些阀门开启，排掉液压油。在气轮机停机时，这些阀门开启，或者是在某种燃料没有供料时，相应的阀门开启。当此种燃料有供料时，对应阀门关闭。选择这些阀时，应特别注意：在液压油容易被污染的以及经常存在的高温条件下，所选的阀门能够可靠地运行。

      莱斯利的解决方案

      “劳伦斯两通转动阀”特别适合于此种用途。劳伦斯锥形阀芯的设计，即使在回座弹簧变弱时也能保证油压推开锥形阀芯，为这一功能提供了外加安全措施。某些阀门设计有紧密配合的弹簧回座气缸阀芯。这些阀门易受油中杂物损坏，且容易因温度变形而卡死。“劳伦斯两通转动的”设计概念先进，克服了这些问题。

      启动故障排液阀——D

      目的

      此阀门用于启动故障而卸载后，排除共同燃烧室和气轮机相连管道内的未燃烧燃料，还用于排除气轮机不运行时可能积聚的任何冷藏液。

      运行工况

      启动故障排液阀对于燃气轮机的运行至关重要。如果此阀门不能按规定开启，则会导致闪燃，严重损坏气轮机的燃烧段。不能排除气轮机内剩余燃料的最轻危害是燃烧不均匀，导致损失发电能力或造成气轮机突然卸载。典型情况下，这种应用要求阀门为常开型，压缩空气使其关闭，故障时打开。控制空气直接来自压缩段的排气。气轮机停机时，此阀处于开启状态。启动时，来自压缩段的空气压力增加。直到此压力能克服弹簧的回座力时，阀门关闭。当气轮机卸载或减速时，空气压力降低，弹簧使阀门开启。

      由于阀门的关闭和重新开启都是在很低的压缩段排气压力0.03~0.07MPa(4~10psi)下实现的，此阀门必须总是保持能自由开关的状态。启动阻力（摩擦力）必须是绝对最小，这样才能使阀门对产生于这些压力的很小的力做出响应。

      莱斯利的解决方案

      对于这种应用场合，劳伦斯提供1''''的“两通转动气缸控制阀”。与传统电磁控制阀不同，这种阀门能实现金属对金属的紧密关断，同时对执行器的很小差压保持敏感。转动密封和执行器专门设计使用很低摩擦系数的材料，确保在很低的执行器压力下，阀门能开启无误。对于这种应用场合，在低空气压差下能可靠控制并能紧密关断是很至关重要的。

      液体燃料装置的控制（选配项）

图2

      燃气吹扫放空阀——E

      目的

      装在两个“除氧系统阻断阀”之间的“燃气吹扫放空阀”用了排出可能从第一个燃气阻断阀泄漏的燃料气体，作为安全预防措施。排出的气体直接排入大气或排到火炬烧掉。在液体燃料与气体燃料切换时，如果燃气吹扫放空阀不能开启，则会导致气轮机卸载，某些情况下，造成设备损坏。

      运行工况

      此阀为常开型阀门；通电关闭，设计成故障开。在气轮机停机或使用气体燃料运行时，此阀开启；气轮机使用液体燃料运行时，通电关闭。此阀在其入口处非直接接触压缩段排出的高温空气（高达424℃/795^oF）。

      莱斯利的解决方案

      莱斯利控制器公司有“劳伦斯两通转动Soli-Con控制阀”适合于这一用途。这种阀门完全适合于运行中的高温工作条件。轴转动最少，且可用杆臂操作使此阀门成为这种关键应用场合的安全、可靠选择。

      除氧阻断阀——F

      目的

      两台“除氧阻断阀”串接组成双阻断，防止燃料气体进入气轮机压缩段，以免造成灾难性的爆炸。在气轮机用液体燃料运行时，这两台阀门开启，允许压缩段排气反向通过，连续吹扫燃气喷嘴，防止液体燃料倒流并阻塞喷嘴。

      运行工况

      当气轮机停机和使用气体燃料运行时，这些阀门关闭。它们是常闭阀门，用压缩空气开和关。正常情况下，这些阀门是故障关闭型设计。

      莱斯利的解决方案

      劳伦斯为此种应用备有两通转动气缸控制球型闸阀。这种阀门装有强力反程弹簧，确保气轮机卸载时，或者控制压缩空气或电源故障时，阀门能回到故障关闭的状态。作为冗余安全措施，阀门使用双作用气缸执行器，在气体压力有负差压时，阀门能保持关闭状态。经验证明：单作用膜片执行器在负差压作用下，不能保持阀门关闭。

      液体燃料截止阀——G

      目的

      液体燃料截止阀用作液体燃料的安全截止阀，使用此阀的目的是使气轮机与燃料隔离，提供双重截止，防止未燃烧的燃料泄漏并在气轮机底部逐渐积聚。这些阀门都安装在气轮机基座之外叫做“燃料供给装置”的单独底座上。在某些情况下，此装置装在紧靠气轮机旁，另一些情况下，又远离气轮机。这些阀门几乎都是安装在室外，经受当地天气变化和有害燃料蒸发汽的影响。

      运行工况

      作为安全性阀门，液体燃料截止阀的性能是双燃料燃气轮机的系统的关键部件。当使用天然气作为燃料时，要求此阀门运行可靠，保持关闭严密。当燃气轮机转换成使用液体燃料时，此阀门开启，并在燃气轮机运行时，始终保持开的状态。

      莱斯利的解决方案

      多年来，“劳伦斯Soli-Con执行器截止阀”一直用于这一用途。经验证明，“转动电磁阀”是可靠又经济的阀门。“Soli-Con电动执行器”的强劲和可靠保证了它是液体燃料关断场合的安全选择。

      雾化空气旁路阀——H

      目的

      此阀门用于双燃料燃气轮机合作气体燃料时，使雾化空气从液体燃料喷嘴处分流或旁通。双燃料燃气轮机使用液体燃料时，需要雾化空气把液体燃料雾化成细雾后喷出，以提高燃烧效率。但是当气轮机使用气体燃料时，液体燃料不再需要雾化空气，因而必须分流雾化空气。

      运行工况

      此阀门设计为常闭型，用压缩空气开启，故障时通过回座弹簧的作用，使阀门关闭，阀门装在燃气轮机的压缩段出口，可以使雾化空气排入旁路。当气轮机使用气体燃料时，阀门在执行器的控制下开启：当气轮机停机或使用液体燃料运行时，阀门关闭。

      莱斯利的解决方案

      1994年之前，劳伦斯提供了3''''的“两通转动气缸作用球型闸阀”用于此用途。结束了这种场合的阀门一直靠备品备件来维护生产的历史。由于设计的改进，新机组中都这类阀大都选用高性能蝶阀。现在，劳伦斯专门提供4''''和6''''阀门对夹式蝶阀，装有加强型特氟隆阀座和气动执行器。

      燃料喷嘴吹扫阀——I

      目的

      此阀门用于燃气轮机使用气态燃料运行时，吹扫气体喷嘴处的燃料油；相应地，当气轮机切换成液体燃料后，此阀也用于排除系统内的剩余气体。阀门使用雾化气流完成上述任务。

      运行工况

      在此类应用中，需要一个三通调节阀，当气轮机使用液体燃料运行时，阀门对燃料油为常闭，对系统中的剩余气体，阀门开启进行吹扫。当执行器通入压缩空气，阀门开启，吹扫燃气喷嘴的燃料油，并关闭气体燃料排出口。这种阀门的一个关键性设计考虑是它能使用空气温度达218℃（425^oF）的高温执行器。

      莱斯利的解决方案

      对于此类应用，劳伦斯提供“二通转动气缸执行器阀门”，用非直接杆操纵阀芯。与直接作用电磁阀相比，非直接杆操纵阀芯的有放大的推动力。由于控制阀门的转动很轻微（20度-30度弧），阀门能长期可靠运行，无需维修密封件。气缸型执行器的设计能确保在空气温度高达288℃（550^oF）时长期运行。

      发电机气体控制阀——J、K

图3

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