迷宮芯包式調節閥在600MW超臨界機組中的應用

　　分析了多級減壓籠罩式調節閥在國內超臨界600MW 機組中用于給水泵再循環(huán)調節閥時(shí)損壞的原因，介紹了國產(chǎn)迷宮芯包式調節閥采用的平衡迷宮減壓方式，使通過(guò)閥瓣密封部位的流體氣蝕狀況得到很好的控制，解決了超臨界機組給水再循環(huán)調節閥存在的氣蝕和沖刷等問(wèn)題。

1、概述

　　600MW 超臨界機組的給水系統配備2 臺50%容量的汽動(dòng)給水泵和1 臺啟動(dòng)電動(dòng)給水泵，給水泵設計出口水壓為30 ～ 31MPa。給水泵出口配備的再循環(huán)調節閥采用連續調節的方式，原配套為7 層級減壓籠罩式調節閥，使用后經(jīng)常出現閥瓣組件破壞性損壞。根據實(shí)際的使用情況更換為國產(chǎn)迷宮芯包式調節閥，保證了系統正常運行。

2、多級減壓籠罩式調節閥

　　多級減壓籠罩式調節閥運行約5 個(gè)月后開(kāi)始出現嚴重的內漏現象，使給水泵能耗損失增加，通過(guò)對閥門(mén)解體檢驗，其籠罩、閥瓣和閥座等均有氣蝕和沖刷造成的損壞。

　　2.1、籠罩

　　多級減壓籠罩式調節閥采用多級減壓的節流型式，其節流減壓能力有限，減壓過(guò)程中出現流速突增，減壓期間使介質(zhì)壓力低于汽化壓力，產(chǎn)生嚴重的氣蝕現象，不能從根本上消除閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)的氣蝕。由于設計的節流方式和節流減壓能力不能滿(mǎn)足實(shí)際運行工況要求，導致減壓籠罩受到嚴重的氣蝕和沖刷破壞( 圖1) ，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為使其在實(shí)際的運行中完全喪失節流減壓作用。

圖1 籠罩氣蝕狀況

　　2.2、閥瓣

　　在機組調峰時(shí)，給水泵流量過(guò)小，需要開(kāi)啟再循環(huán)調節閥，提高給水泵的流量，便于給水控制。在該階段，由于閥門(mén)開(kāi)度相對較小( 一般控制開(kāi)度15% ～20%) ，閥門(mén)動(dòng)作次數增加，閥瓣組件承受沖刷的時(shí)間長(cháng)，加劇閥瓣密封面部位的氣蝕破壞，閥門(mén)內漏加劇。閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，給水壓力較高，閥瓣內漏導致的氣蝕更為嚴重，造成閥瓣密封面的進(jìn)一步破壞( 圖2) 。

圖2 籠罩式調節閥閥瓣氣蝕狀況

　　2.3、閥座

　　閥座由非金屬材料組裝，其與基座的配合強度在小開(kāi)度工況下( 即使設定最小開(kāi)度的情況) ，易受汽水沖刷、空化而逐步脫落，造成關(guān)閉不嚴( 圖3) 。

圖3 籠罩式調節閥閥座氣蝕狀況

圖4 流體經(jīng)過(guò)閥瓣部位時(shí)的頸縮現象

　　2.4、氣蝕

　　流體通過(guò)調節閥時(shí)，壓力P1、流速V1的介質(zhì)流動(dòng)到閥瓣部位，閥瓣與閥座產(chǎn)生節流和頸縮現象( 圖4) ，速度迅速增加至V2，壓力降低至P2，低于該介質(zhì)的飽和蒸汽壓力PV，介質(zhì)汽化形成氣泡。當介質(zhì)流過(guò)閥瓣和閥座的頸縮部位后，由于通道改變，壓力回升動(dòng)能轉換為勢能，壓力回復為P3，速度回復為V3( 圖5) ，當壓力超過(guò)介質(zhì)的飽和蒸汽壓力PV時(shí)，形成的氣泡就會(huì )發(fā)生破裂，產(chǎn)生極強的局部壓力。氣泡破裂時(shí)產(chǎn)生的巨大能量在瞬間對閥瓣、閥座等節流元件產(chǎn)生破壞，在A(yíng) 區域( 圖5) 形成氣蝕。

　　由于氣蝕時(shí)產(chǎn)生的表面破壞力太大，僅提高閥瓣組件的硬度不能從根本上解決氣蝕現象造成的后果，籠罩式調節閥的閥瓣組件全部進(jìn)行表面硬化處理，雖然組件的表面硬度已經(jīng)達到58 ～ 60 HRC，但整個(gè)閥門(mén)在使用約5 個(gè)月后然會(huì )出現較嚴重的內漏現象，每年檢查均發(fā)現閥瓣組件嚴重的損壞。

圖5 介質(zhì)通過(guò)調節閥壓力變化曲線(xiàn)

　　多級減壓籠罩式調節閥的閥瓣、籠罩和閥座屬于整體加工成型并進(jìn)行熱處理，在閥瓣組件損壞后無(wú)法進(jìn)行完好修復處理，即使修復后由于存在異種鋼高硬度焊接問(wèn)題，其使用效果更差。

3、迷宮芯包式調節閥

　　迷宮芯包式調節閥的減壓閥瓣采用多層迷宮式盤(pán)片加工成減壓件，盤(pán)片內加工多個(gè)平行流道，且有一定數量的直角轉彎( 圖6) ，每個(gè)流道均可以起到降低介質(zhì)流速的作用。芯包內側設計有圍堰結構( 圖7) ，以均勻閥瓣周?chē)�的壓力，保持閥瓣的對中。流體相互作用，降低流體流速，避免高壓液體對閥座的沖刷。在流體經(jīng)過(guò)流道時(shí)速度降低，使得經(jīng)過(guò)芯包的介質(zhì)流速始終控制在30m /s 以?xún)? 流速30m /s以?xún)鹊牧黧w對節流原件的沖蝕作用為最小) 。使得介質(zhì)的壓力始終保持高于介質(zhì)的汽化壓力PV( 圖6) ，從根本上消除氣蝕現象，保證閥瓣組件使用時(shí)的安全性。

圖6 迷宮式調節閥芯包及盤(pán)片的減壓原理

圖7 迷宮式調節閥閥瓣包的盤(pán)片和圍堰結構

　　迷宮式調節閥在超臨界機組上安裝使用，閥門(mén)前后最大壓差為30MPa、介質(zhì)為水、溫度180℃，布置于除氧器上部，連續調節使用。閥門(mén)使用13 個(gè)月后，其芯包狀況良好，沒(méi)有任何損壞，不需要進(jìn)行維修。閥瓣和閥座密封面部位在使用8 個(gè)月后沒(méi)有任何損壞，在13 個(gè)月后出現較明顯的氣蝕現象，但不影響閥門(mén)的正常開(kāi)關(guān)，現場(chǎng)檢驗其內漏量微小。由于閥瓣整體采用司太立硬質(zhì)合金堆焊加工成型，當閥瓣、閥座出現損傷時(shí)，可以重新堆焊加工修復。相對于籠罩式調節閥的整套閥瓣組件更換，維修費用低，并可在線(xiàn)快速更換。

4、結語(yǔ)

　　迷宮芯包式調節閥采用多層迷宮盤(pán)片降壓，限制介質(zhì)流速，保持介質(zhì)壓力始終在汽化壓力之上，消除了介質(zhì)流經(jīng)調節閥時(shí)出現的氣蝕現象。芯包內采用圍堰結構，使閥瓣周?chē)鷫毫�均勻，避免了介質(zhì)對閥座的直接沖刷。密封面堆焊司太立合金，使密封面能長(cháng)期工作且方便維修。迷宮芯包式調節閥可以用做超臨界機組給水泵再循環(huán)閥。