高参数大容量火力发电厂热力系统主要调节阀门选型

2015-12-21张玲邓成刚石佳

科技与创新 2015年24期

张玲　邓成刚　石佳

摘要：依据实际工程应用和设计经验，提出了常规大容量火力发电厂热力系统主要调节阀选型时材料、阀内流速、结构、密封、安装、计算参数等需要注意的事项，重点给出了主要调节阀设计计算选型工况数据的计算原则，可供相似工程设计参考。

关键词：火力发电厂；热力系统；调节阀；阀门材料

中图分类号：TK223.7+1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.103

随着我国设计、建设的一批超临界、超超临界机组陆续投产运行，现场反馈了一些阀门在实际运行中的诸多问题，尤其是调节阀反应问题。总结电厂调节阀的这些问题，主要表现在如下几个方面：①调节阀型式选择不当；②调节阀关闭不严，泄漏量比设计的大，严重影响了机组效率；③调节阀选材不当；④调节阀选型工况不合理；⑤调节阀调节范围达不到设计值；⑥调节阀运行工况与理论值存在较大偏差，实际特性与调节特性不匹配；⑦噪声大；⑧容易与管道共振；⑨执行器选择不当。

统计表明，阀门出现的95%以上的问题都是由于阀门选型不当造成的。由于调节阀选型计算都采用专用软件，计算出现的问题很小，所以主要问题是设计条件和参数给定不准确造成的。本文依据实际工程应用和设计经验，提出调节阀选型时应注意的事项和可参考的设计参数。

1 电厂常见调节阀选型

大容量火力发电厂热力系统常用的调节阀门有冷段供辅汽调节阀、辅汽至除氧器调节阀、热井补水调节阀、凝结水再循环阀、除氧器水位调节阀、高加压热器疏水阀、低压加热器疏水阀、给水再循环阀、省煤器进口主给水旁路调节阀、辅机冷却水调节阀、汽包连续排污调节阀和汽包定期排污调节阀等。由于汽包连续、定期排污调节阀一般由锅炉厂配套，所以在此不另详细分析。调节阀种类繁多，各厂家的选型计算软件也不相同，下面从设计角度出发简单介绍上述各阀门选型时的注意事项和典型设计计算工况。

1.1 阀门材料的选择

阀体的耐压等级、使用温度和耐腐蚀性能等方面应满足工艺连接管道的要求，并优先选用制造厂定型产品。如果遇到水蒸气或含水较多的湿气体和易燃易爆介质，或当环境温度低于-30 ℃时，不宜选用铸铁阀。当遇到特别工作条件时，阀体要比相连管道更高。如果要提高阀体的抗冲蚀性能（阀内流速过高、气蚀等），所选材料需提高一级，例如从碳钢改为C9、CF8M等。常用材料和温度限制可参考相关文件和手册。

1.1.1 阀内件材质的选择

非腐蚀性介质一般选用304（例如06Cr19Ni10）或其他不锈钢。在汽蚀、冲蚀较为严重的情况下，或在介质温度与压差构成的直角坐标中，温度为300 ℃、压差为1.5 MPa的两点连线以外的区域，应选用耐磨材料，例如钴基合金或表面堆Stellite合金。要求泄漏很小时，应选用软密封，例如四氟橡胶。常用阀内件材料的温度限制可参见相关文件和手册。

1.1.2 耐蚀材料的选择

对于腐蚀性介质，应根据介质的种类、浓度、温度和压力，选择合适的耐腐蚀材料，同时，还要考虑阀的经济性。在选择衬里材料（橡胶、塑料）时，工作介质的温度、压力和浓度都必须在该材料的使用范围内，并考虑阀动作时对其的物理和机械破坏。

1.1.3 高、低温材料的选择

当温度为-200～-60 ℃时，选用铜或304（例如06Cr19Ni10）；当温度为-450～600 ℃时，选用含钛钼不锈钢。

1.2 阀门流速

阀门的阀体内流速通常有限制，选择阀门时，主要根据已知条件计算出阀门的Cv值，从而确定阀门的口径。但由于压降取值不同，不同阀门的Cv值有很大的区别，所以一些阀门厂给出了简单的判断条件，即根据阀体喉径流速判断其口径是否合适，下面给出两个典型阀门流速选择条件。

当碳钢（WCB）的连续调节阀状态或压差大于3.4 MPa时，流速要小于6.1 m/s；当间断调节阀状态或压差小于3.4 MPa时，流速要小于9.1 m/s；2%的间歇流量流速要小于12.2 m/s。

当合金钢或不锈钢的连续调节阀状态或压差大于3.4 MPa时，流速要小于13.7 m/s；当间断调节阀状态或压差小于3.4 MPa时，流速要小于18.3 m/s；2%的间歇流量流速要小于27.4 m/s。

这说明，如果闪蒸或存在气蚀现象时，应选用合金或不锈钢阀门；超过上述限制速度时，阀体内就会出现腐蚀并产生噪声。

压缩性介质的速度：大于或等于0.5马赫的噪声不可测；碳钢的限值是0.35马赫；合金钢或是不锈钢的限值是0.9马赫。

1.3 注意事项

在满足使用需求的前提下，所选阀应尽量简单、可靠、价廉、寿命长、维修方便、备件有来源。需考虑的主要因素如下：①最基本的条件应该是满足工艺的压力、流量、温度要求。一般按ASME B16.34a计算出磅级，直接放在招标文件中。②阀的密封性、可靠性和经济性。③阀的工作压差小于阀的许用（设计）压差。④通过阀内的不洁介质、易结垢介质和强腐蚀介质。⑤阀的动作速度、流量特性、作用方式和流向。⑥执行机构的形式、输出力、刚度和弹簧范围。⑦附件及其成套性、特殊阀的特殊性能和要求。例如凝结水、给水再循环阀等的高压差；防汽蚀的阀门要有多级套筒，应在招标文件中就应给出最低层数，以防厂家在投标时故意减少层数。

1.4 主要调节阀的典型工况设置

根据设计经验和实际工程应用，火力发电厂主要调节阀的典型工况设置推荐如下。

1.4.1 冷段供辅汽调节阀

冷段供辅汽调节阀的典型工况设置如表1所示。

1.4.2 凝结水再循环管道调节阀

凝结水再循环管道调节阀的典型工况设置如表2所示。

1.4.3 除氧器水位主调节阀

除氧器水位主调节阀的典型工况设置如表3所示。

1.4.4 高、低加正常疏水阀

高、低加正常疏水阀的典型工况设置如表4所示。

2 结束语

通过实际工程华海门电厂、潮州电厂、汕尾电厂、台山电厂、平海电厂、惠来电厂等的应用，基本上消除了调节阀因阀门设计选型不当而引起的现场修改，达到了预期目标，可供相似工程设计参考。