電站用高溫高壓調(diào)節(jié)閥的選型:
通常,火力發(fā)電是由鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)氣輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電,其發(fā)電量的大小主要通過(guò)主給水調(diào)節(jié)閥控制鍋爐的給水量來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)組從啟動(dòng)到額定負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中,鍋爐的壓力從很低(甚至零)逐漸升至額定值,因此,主給水調(diào)節(jié)閥的閥前閥后壓差漸漸減小,也就是說(shuō)調(diào)節(jié)閥在小流量(小開(kāi)度)時(shí)承受高壓差,大流量時(shí)為低壓差。在這種工況下,對(duì)調(diào)節(jié)閥是嚴(yán)重的考驗(yàn),因此這些調(diào)節(jié)閥國(guó)內(nèi)電站大都采用進(jìn)口調(diào)節(jié)閥。
一、鍋爐給水系統(tǒng)
目前最常見(jiàn)的鍋爐給水控制由3大類(lèi)型:
①雙閥系統(tǒng),即使用兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥控制,一臺(tái)用于啟動(dòng)工況,另一臺(tái)用于正常運(yùn)行工況(圖2);
、趩伍y系統(tǒng),即用一臺(tái)調(diào)節(jié)閥控制給水系統(tǒng)開(kāi)停車(chē)與正常運(yùn)行(圖1);
③變頻調(diào)速泵系統(tǒng)(這里不討論)。
二、調(diào)節(jié)閥使用工況
2.1 單閥系統(tǒng)
①電廠啟動(dòng)和停車(chē)時(shí)的高壓降和嚴(yán)重氣蝕(壓差可達(dá)138kg/cm2)。
、谡_\(yùn)行的工況要求調(diào)節(jié)閥在較低壓差狀態(tài)下通過(guò)較大流量。
、墼谡麄(gè)運(yùn)行期間會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的振動(dòng)。
、芤箝y門(mén)具備大的可調(diào)比。
、荼仨毧紤]高速流體所帶來(lái)的沖刷磨損問(wèn)題。
、拮詈貌灰獙伍y方案使用在調(diào)峰電廠(經(jīng)常需要停車(chē)的電廠)。
2.2雙閥系統(tǒng)(包含主給水閥和副給水閥)
主給水閥:
、僬_\(yùn)行時(shí)壓差較小,流量大;
②劇烈振動(dòng);
③必須考慮高速流體所帶來(lái)的沖刷磨損問(wèn)題;
、苄枰獓(yán)密關(guān)斷。
副給水閥:
①電廠啟動(dòng)和停車(chē)時(shí)的高壓降和嚴(yán)重氣蝕(壓差可達(dá)138kg/cm2);
、趧×艺駝(dòng);
、郾仨毧紤]高速流體所帶來(lái)的沖刷磨損問(wèn)題;
、苄枰獓(yán)密關(guān)斷。

圖2 雙閥系統(tǒng)
三、調(diào)節(jié)閥選型
眾所周知,液體介質(zhì)在高壓差下會(huì)產(chǎn)生空化。研究表明,空化產(chǎn)生于液態(tài)區(qū)的汽泡,生成汽泡的必要條件是液態(tài)所處的絕對(duì)壓力低于該液體飽和蒸汽壓力Pv。如圖3所示,閥座相當(dāng)于節(jié)流孔板,高壓流體流經(jīng)節(jié)流孔時(shí),靜壓能與動(dòng)壓能相互轉(zhuǎn)換,流速的增加導(dǎo)致壓力降低。當(dāng)壓力降低至等于或低于該流體在入口溫度下的汽化壓力Pv時(shí),液體中的蒸發(fā)膨脹而形成汽泡,帶有氣泡的液體在寬敞的下游流道中流速下降,壓力回升。當(dāng)壓力回升至Pv或高于Pv時(shí),汽泡潰裂,這即是空化過(guò)程。汽泡潰裂時(shí),釋放出巨人的能量,對(duì)閥座、閥芯等節(jié)流元件產(chǎn)生破壞,即空蝕?栈钠茐牧艽,據(jù)測(cè)算,汽泡破裂的瞬時(shí)壓力高達(dá)300MPa,現(xiàn)有的工程材料難以抵抗其空蝕。對(duì)于不銹鋼等塑性材料,在空化作用,將產(chǎn)生麻點(diǎn)腐蝕起碼到呈蜂窩狀空洞損壞;而對(duì)于硬質(zhì)合金等脆性材料則產(chǎn)生碎塊損壞。
需要說(shuō)明,這里所講的空化(caviation)或空蝕,即通常所說(shuō)的氣蝕。那為什么不用氣蝕這個(gè)詞呢?如前所述,空化是一個(gè)過(guò)程,空化不一定,也不僅僅產(chǎn)生空蝕,只有當(dāng)高壓液體流經(jīng)閥的節(jié)流口后,其出口壓力P2等于或高于該液體的汽化壓力Pv時(shí),汽泡破裂所釋放的巨大空化能才對(duì)節(jié)流組件產(chǎn)生破壞,即空蝕。如果出口P2低于汽化壓力Pv流出,節(jié)流降壓過(guò)程所產(chǎn)生的汽泡就不會(huì)破裂,而是夾在液體中成為“二相流”,通常稱(chēng)為“閃蒸”流動(dòng)。閃蒸流動(dòng)一般不會(huì)對(duì)節(jié)流元件產(chǎn)生破壞,但會(huì)產(chǎn)生阻塞流,而使調(diào)節(jié)閥流量減少,與此同時(shí),還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲和振動(dòng),該噪聲稱(chēng)為空化噪聲。由此可知,空蝕或氣蝕僅僅是空化過(guò)程的結(jié)果之一。因此,我們所講的防空化要領(lǐng)即基于此。防空化,即是防止其流體在節(jié)流降壓過(guò)程中產(chǎn)生汽泡,當(dāng)然也就不會(huì)有氣蝕,更不會(huì)產(chǎn)生閃蒸流動(dòng).這和防氣蝕是不同的,防氣蝕是指汽泡產(chǎn)生了,但不讓其對(duì)節(jié)流元件產(chǎn)生空蝕。如前所述,由于空化能很高,只有在壓差較低的情況下選用適當(dāng)材料才能延緩其空蝕,但不能有效抵抗空蝕。因此,防空化是治本、治源,是積極的辦法,而防氣蝕則是治標(biāo)而且往往難以實(shí)現(xiàn)。

因此,鍋爐主給水、副給水等高壓差調(diào)節(jié)閥如果沒(méi)有防空化功能,在高壓差下通常使用二三個(gè)月,甚至幾小時(shí),其節(jié)流元件即遭受?chē)?yán)重空蝕,致使其閥座泄漏量高達(dá)額定流童的30%以上而喪失調(diào)節(jié)控制功能?栈c壓差直接相關(guān)。如果將產(chǎn)生空化的壓差定義為臨界壓差△Pc,則當(dāng)液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥所產(chǎn)生的實(shí)際壓差△P<△Pc,并在流體流經(jīng)閥門(mén)節(jié)流口處的縮脈壓力PVc。高于該液體入口溫度下的汽化壓力Pv時(shí),就不產(chǎn)生空化。由此,將閥的總壓差用分級(jí)降壓的辦法,使每一級(jí)壓差△P1<△Pc,即可防止空化產(chǎn)生,這即是現(xiàn)今各種多級(jí)降壓防空化高壓差調(diào)節(jié)閥的理論基礎(chǔ)。
成功應(yīng)用的關(guān)鍵在于;首先要熟悉調(diào)節(jié)閥性能;其次要掌握調(diào)節(jié)閥使用過(guò)程中產(chǎn)生的不利工況原理,包括空化、噪音、振動(dòng)等;最主要的就是要選擇合理的調(diào)節(jié)閥來(lái)防止或避免不利工況的產(chǎn)生。

五、結(jié)論
我們通過(guò)以上分析電站用高溫高壓調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生不利工況的原理、選型要領(lǐng),說(shuō)明國(guó)產(chǎn)調(diào)節(jié)閥如果選型正確是完全可以替代進(jìn)口閥門(mén)產(chǎn)品的。這表明國(guó)內(nèi)調(diào)節(jié)閥在高溫高壓場(chǎng)合已經(jīng)進(jìn)入了國(guó)際先進(jìn)領(lǐng)域。