電站調節閥

                     上海申弘閥門有限公司

調節閥是電站閥門中使用zui廣泛，工作條件zui惡劣，同時也是所有閥門中功能zui多的一類閥門。作為電站自動化實現的zui后一個環節，其設計及選型的合理性，直接關系到機組是否能正常、穩定和經濟的運行。由于電站調節閥結構千變萬化，使用工況亦各不相同，無法—一詳細列出。以下就對幾種恃殊工況下，調節閥的設計及選型提出一些自己的看法；如有不當之處，還請讀者多多指正。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥,電動球閥,氣動球閥,電動閘閥,氣動閘閥,電動調節閥,氣動調節閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。中國的國民經濟在未來的一段時間內仍保持較高的增長速度，電力工業也將隨之持續高速發展。引進產品的國產化是中國的國策，而電站調節閥的市場潛力很大。只要我們科技，不斷創新，重視產品的科研開發，重視材料工藝和質量，我們一定能夠克服前進道路上的困難，使中國的電站調節閥創造出一個輝煌的明天。
      1 高、低壓加熱器疏水調節閥 
      高、低壓加熱器疏水調節閥一般流通介質為壓力較低的飽和水或者帶有一定過冷度的飽和水，在經過節流后由于壓力降低，少部分介質產生汽化，形成閃蒸。由于閃蒸現象的存在，相對于其他調節閥的設計和選型，可注意以下幾點： 
      (1)采用合理的閥芯結構及耐氣蝕的材料以提高閥門的使用壽命。雖然高、低壓加熱器疏水調節閥的壓差不是很大，但由于閃蒸現象的存在，不可避免的會產生一定的氣蝕。而且前解決閥門的氣蝕問題主要有兩個辦法，一是采用耐氣蝕的材料做內件，二是采用合理的閥芯結構。以我公司生產的高壓加熱器疏水調節閥Ts1Z閥(見圖1)為例，該調節閥采用套筒節流的形式，其結構是在閥體內放置一個圓形套筒，套筒壁上開一定數量的孔，還配有以套筒內孔為導向能軸向自由活動的閥瓣。套筒式結構在產生氣蝕工況下，氣泡破裂產生的沖擊波在套筒中心相互抵消，沖擊能量沒有直接作用在套筒和閥瓣上，而是被介質自身吸收，同時，密封面與節流面分開，介質高速流動對密封面的沖刷大為減少。
(2)采用合理的計算方法提高設計和選型的準確性。當閃蒸發生后，飽和水或接近飽和狀態的水有部分產生汽化，體積急驟增大，影響流體流動，因此其Kv值的計算方法與普通調節閥不同。閃蒸液體的Kv值計算是個比較復雜的問題，計算公式也有臨界壓差法、閃蒸密度法、經驗放大法和熱平衡汁算法等，比較常用的是臨界壓差法。每種計算方法均比較復雜，這里不—一詳談。經筆者反復驗算，覺得以下計算方法既簡單方便，又有一定的準確性，推薦給大家。      

 ΔT<2.8℃   ΔPc＝0.06 X P1        (1)      

ΔT>2.8℃   ΔPc＝0.9(P1-Ps)   (2)      

 ΔT  —— 在進口壓力下的液體飽和溫度與進口溫度之差      

ΔPc—— 計算流量用的允許壓差(MPa)      

P1  —— 進口壓力(MPa)      

 Ps  —— 進口溫度下液體的飽和壓力(MPa)        

只有當公式1或2計算出的ΔPc小于調節閥的實際壓差ΔP時，要用ΔPc代替ΔP。       

      1 電站調節閥的現狀
      電站調節閥主要分布在鍋爐、汽輪機和輔機3大系統中，其次分布在許多輔助性系統中。對于中溫中壓蒸汽參數的發電機組一般采用少量的國產常規調節閥，而對于高參數、大容量火電機組，一般在大于100MW以上機組，就采用越來越多的引進調節閥。參數越高，機組容量越大，火電站的熱控技術，機組的安全經濟運行就作為主要的目標，而各種各樣的調節閥就作為實現安全運行的有效手段。例如我國上海臺洞口發電二廠，2臺超臨界參數600MW發電機組，共計采用了400余只各種類型的調節閥和電動閥，分布于各個系統中，其中調節閥全部從國外進口，這在國內機械設備中是罕見的。
 
      1.1 國產100MW機組
      我國在20世紀60年代開始設計制造100MW機組。上海汽輪機廠（簡稱上汽廠）在1965年生產第1臺中問再熱100MW機組，于武漢青山電廠運行。后來哈爾濱汽輪機廠（哈汽廠）、東方汽輪機廠（東汽廠）和北京重型汽輪電機廠（北重）也相繼制造。20世紀70～80年代為國內主要機組之一，至今在全國投入運行的100MW機組已達138臺以上。
近十年米，上汽廠又生產了2次抽汽熱電兩用汽輪機100MW，其中汽輪機系統的調節閥從國外引進，每臺8只，鍋爐輔機系統的調節閥，部分從國外引進，部分由國內生產。
 
      1.2 國產125MW機組
       上汽廠從1969年在吳涇熱電廠投運第1臺雙水內冷125MW機組，至今投運20年的已有108臺以上。其余投運，在建訂貨的超過50余臺，這是上汽廠早期的千牌機組。這種機組的汽輪機系統現在仍從國外引進的調節閥每臺10只，還有10余只從國內購貨。鍋爐與輔機系統有30余只調節閥，也是部分引進，部分國產。我國*座發電廠，上海楊樹浦發電廠，從德國引進2臺125MW機組，所有調節閥全部從國外進口，其中鍋爐系統的調節閥每臺有16只。上汽廠在引進美國西屋公司技術及國產125MW基礎上，zui近又系列開發了135～200MW機組，每臺機組的汽輪機系統有16只調節閥從國外引進。隨著參數和容量的提高，整個電站系統的調節閥基本上全部從國外引進。

 
     1.3 國產200MW機組
      從20世紀70年代開始，哈爾濱汽輪機廠在東北朝陽電廠投運200MW機組，后來東汽廠、北重廠也相繼制造這種機組，至今在全國投運的已有174臺以上，在各種機組中數量占據zui大。這種機組的電站調節閥數zui顯然大于125MW機組，估計在每臺50余只以上，原則上從國外引進，其調節閥的數量是十分可觀的。
 
     1.4 國產300MW機組
    上海汽輪機廠從20世紀70年代開發的國產型4缸4排汽的300MW汽輪機已投運29臺。1987年四川東方汽輪機廠也開發了300MW機組，在山東黃臺電廠投運，至今已安全運行了10余年，在建和訂貨的也有40余臺。
      我們在上海石洞口一廠調研了國產改進型300MW機組4臺，每臺機組的電站調節閥數量是十分可觀的。其中鍋爐旁路系統調節閥從Gadelins公司每臺引進10只，汽機及輔機旁路系統從蘇爾壽引進7只，從Masoneipan引進22只，從罔野引進25只，還有從日本東亞引進26只及從Fisher，Leslis等閥門公司引進的。
 
      1.5 引進300MW機組
      我國于1981年與美國西屋公司簽訂了亞臨界壓力300MW汽輪機技術轉讓合同，于1987年6月在山東石橫電廠第1臺投運，現在已有50余臺投運，在建及訂貨的已超過40余臺以上。其中汽輪機系統有每臺14只調節閥從Fisher和Leslis公司引進，輔機系統從Fisher公司引進每臺40只調節閥，鍋爐和其他系統就有更多的調節閥從國外引進的。
      上汽廠每年花50余萬美元購買國外調節閥，上海鍋爐廠每年配套件的訂貨就達1億多人民幣，其中包括大量從國外引進的調節閥在內。電站輔機廠也是如此，這種大機組的調節閥也都從國外引進，每臺疏水調節閥的價格在12萬人民幣。
北京重型汽輪電機廠已從法國阿爾斯通公司引進330MW技術，現相繼投入運行，其調節閥也全部從國外引進。
 
      1.6 引進亞臨界600MW機組
      我國于1981年與美國西屋公司簽訂了亞臨界壓力600MW汽輪機技術轉讓合同，通過引進技術的消化吸收和國產化技術攻關，于1989年11月第1臺按引進技術由哈汽廠生產的600MW機組在安徽平圩電廠投入運行。后來上汽廠與哈汽廠互相交換引進300MW及600MW技術，現在全國已經投運的600MW機組有多臺運行，在建和訂貨的已超過40臺。如浙江寧波北侖港電廠有5臺引進型600MW機組，上海吳涇熱電廠有2臺600MW機組，東汽廠也與日立公司合作引進600MW機組現已經運作。
     這種600MW等級的火電機組，所采用的電站調節閥數量大大超過300MW機組。上汽廠引進600MW汽機系統從國外引進調節閥每臺18只。其他系統的調節閥幾乎全部從國外引進，因為功率越大，其機組安全運行的要求就越高。
 
       1.7 引進超臨界壓力600MW機組
      我國從ABB公司引進的超臨界壓力600MW機組已于1992年在上海石洞口第二電廠投運。投運幾年來整機可用率已達到91.47%。1996年1～5月平均供電煤耗為307g/kW?h。已被電力部命名為“*火力發電廠"，這標志著一個發展方向。
      我們在該廠參觀、調研、收集資料。該廠的調節閥和電動閥競達400余只，全部從國外進口，每年檢修還必須從國外買進大量調節閥配件。
 
      2 電站調節閥的發展前景
      （1）中國的電力發展在國民經濟發展中始終占據*，尤其是1987～1995年這段時間以及去年以來是中國電力發展*發展zui快、成就zui大的黃金時期。電力工業總產值占全國工業總產值的比重從1987年的3.12%上升到6%。現在每年新投產發電設備容量都超過50000MW，在建及訂貨的300～600MW大機組大大超過80余臺以上。
    在300MW、600MW汽機的基礎上，發展更大功率（1000MW級）超臨界壓力的汽輪機機組的項目已經實施。日本東芝公司已投運700MW超臨界二次中間再熱機組。為了更好地使煤富水貧地區的經濟迅速發展，我國決定重點開發300～600MW空冷發電機組。為了提高熱電利用效率，大型的200～300MW熱電汽輪機也正在研制。核電工業也在飛速發展。在原先幾個核電站的基礎上正在引進1000MW級核電機組。所以，發展大機組是我國電力工業中的必然趨勢，這勢必要求大量的采用各類調節閥，而我國從100MW、300MW以上機組幾乎大量和全部采用進口調節閥產品，這就引起國外許多閥門公司到中國來搶占市場。
     我國未來15年的電力發展預測，在未來的發展中，重點是發展超臨界600MW及更大容量的機組，完善和優化300～600MW亞臨界機組，發展大型熱電機組，發展蒸汽-燃氣聯合循環和適當加快核電工業。從長遠看，核電工業具有廣闊的發展前景，目前確定采用300MW作核電標準回路，以便于發展600MW、900MW、1200MW機組。所以在未來的15年內，中國國內發電設備的市場要求量是相當大的，是世界上zui有潛力的市場，企業家們應該把遠見瞄準這個市場。
      堅持以國產設備為主，進口設備為輔是中國發展電力工業的本原則。為此，我國政府正在制訂引進外資方面的一系列政策，包括與外商公平投標。300MW以下機組，原則上不再進口，僅進口國內尚不能生產的大型超臨界單機600MW以上機組，鼓勵中外合資的電廠采用國產設備等等我國的方針對電站調節閥的國產化顯然是支持和有利的。
    （2）從老機組的技術改造看電站調節閥的廣闊市場。我國投運的大機組已達591臺以上，歷史zui長的均超過20年，均需要技術改造，許多的調節閥都需要更新。歷史悠久的制造廠，由于投運的老機組多，改造任務重，已作為當前生產任務的主要內容。大量的電廠規定對運行機組每年小修，2～3年大修，在檢修中需要更換一定數量的調節閥和配件，調節閥制造廠家應充分足夠地重視這一市場。如果按每臺大機組平均配套50只調節閥計算，則共計調節閥為591*50=29550只，每年改造修理率按10%計算，則每年需要有2955只調節閥更換，每只調節閥平均價格為8萬人民幣，則2955*8萬=2.36億人民幣，從這一數據即可看到調節閥在每年檢修中的大市場。制造廠家應該組織檢修力量，為電廠大量提供產品和配件。
 
     3 幾點認識和建議
 
      3.1 統一認識
      經過對電站調節閥市場的調研，使我們看到了調節閥在電站領域的巨大市場。盡管艾迪爾調節閥等閥門廠家在前幾年中也做了不少工作，但對電站行業畢竟不夠了解，對電站專業知識不夠熟悉，加上電站行業的特殊性，所以至今為止，還沒有打開電站調節閥的市場。
     艾迪爾調節閥在全國化工、冶金等領域中，調節閥產品已經名聲很大，應該說在研制電站調節閥產品方面具有相當的基礎和實力，在銷售鍋爐系統的有關調節閥和常規調節閥方面，已經積累了經驗。
 
     3.2 明確主攻目標
      從電站調節閥的現狀中，我們發現許多特殊調節閥都從國外引進。我們可以從中選擇一、二個調節閥作為攻關目標，如輔機系統中的疏水水位調節閥和汽機汽封系統的調節閥，以難度適當，銷售量大作為攻關目標的原則，這個意見僅供參考。
 
      3.3 方法對頭
     （1）組建人才。一方面聘請從事電站調節閥設計有經驗的退休工程師；另一方面業余聘請有關高校研究所專家參與此項研發工作。
     （2）多方面多渠道爭取立項。首先是以集團公司立項為主。其次是通過省市電力局和國家有關部門申請立項，這樣對打開局面是有利的。
     （3）利用電廠檢修機會，組織技術人員下電廠測繪引進產品，為研制和生產配件作好基礎準備工作。
     （4）建立技術中心研發基地，重視數值模擬理論，研究并建立調節閥實物試驗臺，以便對研制產品進行嚴格試驗，確保在質量、性能上達到或超過國外水平。
 
      3.4狠抓質量、創造業績
科技是企業的動力，質量是企業的生命，只有精心設計，精心制造，服務，不斷技術創新，創造更多的業績，才能使研制的調節閥產品站住腳跟，關系固然重要，但前提是質量和業績。

2 汽包定排、連排調節閥

 汽包定排、連排調節閥一般流通介質為壓力很高的飽和水或者帶有一定過冷度的飽和水，其壓降很大，一般從汽包壓力直接降到大氣壓。高壓差再加上閃蒸，使得其成為電廠工況條件zui惡劣的調節閥之一。該類閥門在設計和選型時可注意以下幾點：      

 (1)采用合理的結構減少沖刷，降低噪音。以我公司生產的T1D閥(見圖2)為例，由于該閥門運行壓差高，故采用兩級減壓的方式以降低流速，減少沖刷和降低噪音。同時由于閃蒸現象的存在，飽和水在經過*級節流后就大量汽化，導致第二級節流面積遠遠大于*級節流面積，因此采用了一級柱塞節流，一級籠罩節流的方式。這樣就使得由于閃蒸引起的氣蝕和沖刷集中在籠罩內進行，既保護了密封面，又降低了噪音。
   (2)采用*耐沖刷材料作為閥門內件，由于該閥門使用工況極為惡劣，為提高閥門使用壽命，必須采用*耐沖刷材料作為內件。以T1D閥為例，閥桿及節流部分材料采用了經過表面淬火的馬氏體鋼，其zui高硬度為HRC45土5，淬硬層大于3mm，且具有很強的耐沖刷能力。閥座和密封面表面堆焊厚度大于3mm的硬質鉆基合金，同樣具有*的耐沖刷能力。特別是整個閥門中zui重要也是沖刷zui嚴重的籠罩，采用整體硬質合金澆鑄而成。此外，在閥門下閥體的內部還鑲嵌了一個不銹鋼內套，能防止閥體被介質直接沖蝕，且方便更換。      

(3)采用合理的計算方法以減少沖刷，降低噪音。以T1D閥為例，*級減壓的計算方法與高、低壓加熱器疏水調節閥相似，而第二級減壓時介質已經是汽水混合體了。此時單純用水或者單純用汽的計算公式得出的結果都與實際相差比較大。比較簡單的辦法是將水部分和汽部分分開計算，再把兩部分Kv值相加即可。一般來說當汽相大大多于液相時結果偏大，而液相大大多于汽相時結果偏小。這樣得出的結果雖然和實際仍有一定的出人，但已基本能滿足設計需要。此外還有一些更加詳細的計算方法，這里不一一詳述。同時在設計時考慮合理分配各級壓差也相當重要，盡量使閃蒸引起的大部分氣蝕發生在籠罩內，這樣就減少了介質對閥門密封面和閥體的沖蝕。    

   3 鍋爐給水調節閥      

 鍋爐給水調節閥是電站閥門中zui重要的調節閥之一；它的好壞直接影響到鍋爐的正常運行。其使用工況比較復雜，一般來說在機組啟動時它的流量較小，壓差卻很大，且很容易產生氣蝕。而機組啟動后則流量變大，壓差變小。根據其特點，在設計和選型時可注意以下幾點：      

 (1)在小流量、高壓差時，必須采用多級減壓。這樣一方面可以避免機組啟動時高壓差產生的氣蝕，另一方面也降低了介質的流速，減少了介質對閥門內件的沖蝕。在流量大時則采用一級減壓，以提高閥門的通流能力。以我公司生產的Tg2Z閥(見圖3)為例，在小開度時就采用了三級套筒節流的方式，這也是比較常用的多級減壓方式，對防止氣蝕具有很好的效果。此外還有迷宮式、碟片式等多級減壓方式，對防止氣蝕也都有不錯的效果。  

(2)根據閥門工況特點采用等百分比的流量特性。由于在機組啟動時閥門的流量較小，而機組啟動后則流量變大，采用等百分比的流量特性可以提高閥門在小開度時的可調性，提高調節精度。      

 (3)采用耐氣蝕的材料做內件，提高閥門的使用壽命。由于該閥門在機組中的重要性及使用工況的惡劣性決定了該閥門必須使用耐氣蝕的材料做內件才能滿足機組運行的需要。      

 總結以上三種調節閥的特點，我們不難發現，在它們設計和選型過程中關鍵是在惡劣工況情況下防止介質對閥門內件的沖蝕，提高其使用壽命，根據不同工況主要有以下幾個辦法：    

  (1)采用合理的結構減少介質對閥門內件的直接沖蝕。      

(2)采用多級減壓防止氣蝕現象的產生。    

  (3)采用*耐沖刷材料作為閥門內件。    

   此外，注意不同工況下采用合理的計算方法也是提高此類閥門使用性能的重要方法。相信隨著科學技術的不斷發展，隨著新技術、新材料、新工藝的不斷使用，電站調節閥將會越做越好，更好的為電站自動化服務。      

 注1：氣蝕、閃蒸——液體在通過調節副時液體達到zui大速度，壓力降至低于飽和壓力，液體中產生蒸氣形成氣泡，當液體流過調節副后，液體摩擦引起流體減速。導致液體壓力增加，當出口壓力高于液體飽和壓力時，由節流產生的氣飽就會擠壓破裂，氣泡破裂時產生的幾百個大氣壓具有很強的破壞性，以上過程就稱為氣蝕。而當出口壓力低于液體飽和壓力時，由節流產生的氣泡仍存在不再恢復為液體，稱為閃蒸。      

 注2：Kv值——我國額定流量系數符號，用來表示閥門的流通能力。

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