電站用高溫高壓調(diào)節(jié)閥的選型分析

時(shí)間：2009/1/20閱讀：1244

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)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。
1 鍋爐給水系統(tǒng)
目前zui常見(jiàn)的鍋爐給水控制由3大類(lèi)型：
①單閥系統(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）；
②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）；
③變頻調(diào)速泵系統(tǒng)（這里不討論）。
2 調(diào)節(jié)閥使用工況
2.1 單閥系統(tǒng)
①電廠(chǎng)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）。
②正常運(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。
③在整個(gè)運(yùn)行期間會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的振動(dòng)。
④要求閥門(mén)具備大的可調(diào)比。
⑤必須考慮高速流體所帶來(lái)的沖刷磨損問(wèn)題。
⑥不要將單閥方案使用在調(diào)峰電廠(chǎng)（經(jīng)常需要停車(chē)的電廠(chǎng)）。
2.2 雙閥系統(tǒng)（包含主給水閥和副給水閥）
主給水閥：
①正常運(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；
④需要嚴(yán)密關(guān)斷。
副給水閥：
①電廠(chǎng)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）；
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；
④需要嚴(yán)密關(guān)斷。
圖2 雙閥系統(tǒng)
3 調(diào)節(jié)閥的選型
*，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。空化的破壞力很大，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。空化與壓差直接相關(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)。

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