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电站调节阀
上海申弘阀门有限公司
调节阀是电站阀门中使用zui广泛，工作条件zui恶劣，同时也是所有阀门中功能zui多的一类阀门。作为电站自动化实现的zui后一个环节，其设计及选型的合理性，直接关系到机组是否能正常、稳定和经济的运行。由于电站调节阀结构千变万化，使用工况亦各不相同，无法—一详细列出。以下就对几种恃殊工况下，调节阀的设计及选型提出一些自己的看法；如有不当之处，还请读者多多指正。上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀,气动截止阀,电动蝶阀,气动蝶阀,电动球阀,气动球阀,电动闸阀,气动闸阀,电动调节阀,气动调节阀，减压阀。水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。中国的国民经济在未来的一段时间内仍保持较高的增长速度，电力工业也将随之持续高速发展。引进产品的国产化是中国的国策，而电站调节阀的市场潜力很大。只要我们科技，不断创新，重视产品的科研开发，重视材料工艺和质量，我们一定能够克服前进道路上的困难，使中国的电站调节阀创造出一个辉煌的明天。
1 高、低压加热器疏水调节阀
高、低压加热器疏水调节阀一般流通介质为压力较低的饱和水或者带有一定过冷度的饱和水，在经过节流后由于压力降低，少部分介质产生汽化，形成闪蒸。由于闪蒸现象的存在，相对于其他调节阀的设计和选型，可注意以下几点：
(1)采用合理的阀芯结构及耐气蚀的材料以提高阀门的使用寿命。虽然高、低压加热器疏水调节阀的压差不是很大，但由于闪蒸现象的存在，不可避免的会产生一定的气蚀。而且前解决阀门的气蚀问题主要有两个办法，一是采用耐气蚀的材料做内件，二是采用合理的阀芯结构。以我公司生产的高压加热器疏水调节阀Ts1Z阀(见图1)为例，该调节阀采用套筒节流的形式，其结构是在阀体内放置一个圆形套筒，套筒壁上开一定数量的孔，还配有以套筒内孔为导向能轴向自由活动的阀瓣。套筒式结构在产生气蚀工况下，气泡破裂产生的冲击波在套筒中心相互抵消，冲击能量没有直接作用在套筒和阀瓣上，而是被介质自身吸收，同时，密封面与节流面分开，介质高速流动对密封面的冲刷大为减少。
(2)采用合理的计算方法提高设计和选型的准确性。当闪蒸发生后，饱和水或接近饱和状态的水有部分产生汽化，体积急骤增大，影响流体流动，因此其Kv值的计算方法与普通调节阀不同。闪蒸液体的Kv值计算是个比较复杂的问题，计算公式也有临界压差法、闪蒸密度法、经验放大法和热平衡汁算法等，比较常用的是临界压差法。每种计算方法均比较复杂，这里不—一详谈。经笔者反复验算，觉得以下计算方法既简单方便，又有一定的准确性，推荐给大家。
ΔT<2.8℃ ΔPc＝0.06 X P1 (1)
ΔT>2.8℃ ΔPc＝0.9(P1-Ps) (2)
ΔT —— 在进口压力下的液体饱和温度与进口温度之差
ΔPc—— 计算流量用的允许压差(MPa)
P1 —— 进口压力(MPa)
Ps —— 进口温度下液体的饱和压力(MPa)
只有当公式1或2计算出的ΔPc小于调节阀的实际压差ΔP时，要用ΔPc代替ΔP。
1 电站调节阀的现状
电站调节阀主要分布在锅炉、汽轮机和辅机3大系统中，其次分布在许多辅助性系统中。对于中温中压蒸汽参数的发电机组一般采用少量的国产常规调节阀，而对于高参数、大容量火电机组，一般在大于100MW以上机组，就采用越来越多的引进调节阀。参数越高，机组容量越大，火电站的热控技术，机组的安全经济运行就作为主要的目标，而各种各样的调节阀就作为实现安全运行的有效手段。例如我国上海台洞口发电二厂，2台超临界参数600MW发电机组，共计采用了400余只各种类型的调节阀和电动阀，分布于各个系统中，其中调节阀全部从国外进口，这在国内机械设备中是罕见的。
1.1 国产100MW机组
我国在20世纪60年代开始设计制造100MW机组。上海汽轮机厂（简称上汽厂）在1965年生产第1台中问再热100MW机组，于武汉青山电厂运行。后来哈尔滨汽轮机厂（哈汽厂）、东方汽轮机厂（东汽厂）和北京重型汽轮电机厂（北重）也相继制造。20世纪70～80年代为国内主要机组之一，至今在全国投入运行的100MW机组已达138台以上。
近十年米，上汽厂又生产了2次抽汽热电两用汽轮机100MW，其中汽轮机系统的调节阀从国外引进，每台8只，锅炉辅机系统的调节阀，部分从国外引进，部分由国内生产。
1.2 国产125MW机组
上汽厂从1969年在吴泾热电厂投运第1台双水内冷125MW机组，至今投运20年的已有108台以上。其余投运，在建订货的超过50余台，这是上汽厂早期的千牌机组。这种机组的汽轮机系统现在仍从国外引进的调节阀每台10只，还有10余只从国内购货。锅炉与辅机系统有30余只调节阀，也是部分引进，部分国产。我国*座发电厂，上海杨树浦发电厂，从德国引进2台125MW机组，所有调节阀全部从国外进口，其中锅炉系统的调节阀每台有16只。上汽厂在引进美国西屋公司技术及国产125MW基础上，zui近又系列开发了135～200MW机组，每台机组的汽轮机系统有16只调节阀从国外引进。随着参数和容量的提高，整个电站系统的调节阀基本上全部从国外引进。
1.3 国产200MW机组
从20世纪70年代开始，哈尔滨汽轮机厂在东北朝阳电厂投运200MW机组，后来东汽厂、北重厂也相继制造这种机组，至今在全国投运的已有174台以上，在各种机组中数量占据zui大。这种机组的电站调节阀数zui显然大于125MW机组，估计在每台50余只以上，原则上从国外引进，其调节阀的数量是十分可观的。
1.4 国产300MW机组
上海汽轮机厂从20世纪70年代开发的国产型4缸4排汽的300MW汽轮机已投运29台。1987年四川东方汽轮机厂也开发了300MW机组，在山东黄台电厂投运，至今已安全运行了10余年，在建和订货的也有40余台。
我们在上海石洞口一厂调研了国产改进型300MW机组4台，每台机组的电站调节阀数量是十分可观的。其中锅炉旁路系统调节阀从Gadelins公司每台引进10只，汽机及辅机旁路系统从苏尔寿引进7只，从Masoneipan引进22只，从罔野引进25只，还有从日本东亚引进26只及从Fisher，Leslis等阀门公司引进的。
1.5 引进300MW机组
我国于1981年与美国西屋公司签订了亚临界压力300MW汽轮机技术转让合同，于1987年6月在山东石横电厂第1台投运，现在已有50余台投运，在建及订货的已超过40余台以上。其中汽轮机系统有每台14只调节阀从Fisher和Leslis公司引进，辅机系统从Fisher公司引进每台40只调节阀，锅炉和其他系统就有更多的调节阀从国外引进的。
上汽厂每年花50余万美元购买国外调节阀，上海锅炉厂每年配套件的订货就达1亿多人民币，其中包括大量从国外引进的调节阀在内。电站辅机厂也是如此，这种大机组的调节阀也都从国外引进，每台疏水调节阀的价格在12万人民币。
北京重型汽轮电机厂已从法国阿尔斯通公司引进330MW技术，现相继投入运行，其调节阀也全部从国外引进。
1.6 引进亚临界600MW机组
我国于1981年与美国西屋公司签订了亚临界压力600MW汽轮机技术转让合同，通过引进技术的消化吸收和国产化技术攻关，于1989年11月第1台按引进技术由哈汽厂生产的600MW机组在安徽平圩电厂投入运行。后来上汽厂与哈汽厂互相交换引进300MW及600MW技术，现在全国已经投运的600MW机组有多台运行，在建和订货的已超过40台。如浙江宁波北仑港电厂有5台引进型600MW机组，上海吴泾热电厂有2台600MW机组，东汽厂也与日立公司合作引进600MW机组现已经运作。
这种600MW等级的火电机组，所采用的电站调节阀数量大大超过300MW机组。上汽厂引进600MW汽机系统从国外引进调节阀每台18只。其他系统的调节阀几乎全部从国外引进，因为功率越大，其机组安全运行的要求就越高。
1.7 引进超临界压力600MW机组
我国从ABB公司引进的超临界压力600MW机组已于1992年在上海石洞口第二电厂投运。投运几年来整机可用率已达到91.47%。1996年1～5月平均供电煤耗为307g/kW?h。已被电力部命名为“*火力发电厂"，这标志着一个发展方向。
我们在该厂参观、调研、收集资料。该厂的调节阀和电动阀竞达400余只，全部从国外进口，每年检修还必须从国外买进大量调节阀配件。
2 电站调节阀的发展前景
（1）中国的电力发展在国民经济发展中始终占据*，尤其是1987～1995年这段时间以及去年以来是中国电力发展*发展zui快、成就zui大的黄金时期。电力工业总产值占全国工业总产值的比重从1987年的3.12%上升到6%。现在每年新投产发电设备容量都超过50000MW，在建及订货的300～600MW大机组大大超过80余台以上。
在300MW、600MW汽机的基础上，发展更大功率（1000MW级）超临界压力的汽轮机机组的项目已经实施。日本东芝公司已投运700MW超临界二次中间再热机组。为了更好地使煤富水贫地区的经济迅速发展，我国决定重点开发300～600MW空冷发电机组。为了提高热电利用效率，大型的200～300MW热电汽轮机也正在研制。核电工业也在飞速发展。在原先几个核电站的基础上正在引进1000MW级核电机组。所以，发展大机组是我国电力工业中的必然趋势，这势必要求大量的采用各类调节阀，而我国从100MW、300MW以上机组几乎大量和全部采用进口调节阀产品，这就引起国外许多阀门公司到中国来抢占市场。
我国未来15年的电力发展预测，在未来的发展中，重点是发展超临界600MW及更大容量的机组，完善和优化300～600MW亚临界机组，发展大型热电机组，发展蒸汽-燃气联合循环和适当加快核电工业。从长远看，核电工业具有广阔的发展前景，目前确定采用300MW作核电标准回路，以便于发展600MW、900MW、1200MW机组。所以在未来的15年内，中国国内发电设备的市场要求量是相当大的，是世界上zui有潜力的市场，企业家们应该把远见瞄准这个市场。
坚持以国产设备为主，进口设备为辅是中国发展电力工业的本原则。为此，我国政府正在制订引进外资方面的一系列政策，包括与外商公平投标。300MW以下机组，原则上不再进口，仅进口国内尚不能生产的大型超临界单机600MW以上机组，鼓励中外合资的电厂采用国产设备等等我国的方针对电站调节阀的国产化显然是支持和有利的。
（2）从老机组的技术改造看电站调节阀的广阔市场。我国投运的大机组已达591台以上，历史zui长的均超过20年，均需要技术改造，许多的调节阀都需要更新。历史悠久的制造厂，由于投运的老机组多，改造任务重，已作为当前生产任务的主要内容。大量的电厂规定对运行机组每年小修，2～3年大修，在检修中需要更换一定数量的调节阀和配件，调节阀制造厂家应充分足够地重视这一市场。如果按每台大机组平均配套50只调节阀计算，则共计调节阀为591*50=29550只，每年改造修理率按10%计算，则每年需要有2955只调节阀更换，每只调节阀平均价格为8万人民币，则2955*8万=2.36亿人民币，从这一数据即可看到调节阀在每年检修中的大市场。制造厂家应该组织检修力量，为电厂大量提供产品和配件。
3 几点认识和建议
3.1 统一认识
经过对电站调节阀市场的调研，使我们看到了调节阀在电站领域的巨大市场。尽管艾迪尔调节阀等阀门厂家在前几年中也做了不少工作，但对电站行业毕竟不够了解，对电站专业知识不够熟悉，加上电站行业的特殊性，所以至今为止，还没有打开电站调节阀的市场。
艾迪尔调节阀在全国化工、冶金等领域中，调节阀产品已经名声很大，应该说在研制电站调节阀产品方面具有相当的基础和实力，在销售锅炉系统的有关调节阀和常规调节阀方面，已经积累了经验。
3.2 明确主攻目标
从电站调节阀的现状中，我们发现许多特殊调节阀都从国外引进。我们可以从中选择一、二个调节阀作为攻关目标，如辅机系统中的疏水水位调节阀和汽机汽封系统的调节阀，以难度适当，销售量大作为攻关目标的原则，这个意见仅供参考。
3.3 方法对头
（1）组建人才。一方面聘请从事电站调节阀设计有经验的退休工程师；另一方面业余聘请有关高校研究所专家参与此项研发工作。
（2）多方面多渠道争取立项。首先是以集团公司立项为主。其次是通过省市电力局和国家有关部门申请立项，这样对打开局面是有利的。
（3）利用电厂检修机会，组织技术人员下电厂测绘引进产品，为研制和生产配件作好基础准备工作。
（4）建立技术中心研发基地，重视数值模拟理论，研究并建立调节阀实物试验台，以便对研制产品进行严格试验，确保在质量、性能上达到或超过国外水平。
3.4狠抓质量、创造业绩
科技是企业的动力，质量是企业的生命，只有精心设计，精心制造，服务，不断技术创新，创造更多的业绩，才能使研制的调节阀产品站住脚跟，关系固然重要，但前提是质量和业绩。
2 汽包定排、连排调节阀
汽包定排、连排调节阀一般流通介质为压力很高的饱和水或者带有一定过冷度的饱和水，其压降很大，一般从汽包压力直接降到大气压。高压差再加上闪蒸，使得其成为电厂工况条件zui恶劣的调节阀之一。该类阀门在设计和选型时可注意以下几点：
(1)采用合理的结构减少冲刷，降低噪音。以我公司生产的T1D阀(见图2)为例，由于该阀门运行压差高，故采用两级减压的方式以降低流速，减少冲刷和降低噪音。同时由于闪蒸现象的存在，饱和水在经过*级节流后就大量汽化，导致第二级节流面积远远大于*级节流面积，因此采用了一级柱塞节流，一级笼罩节流的方式。这样就使得由于闪蒸引起的气蚀和冲刷集中在笼罩内进行，既保护了密封面，又降低了噪音。
(2)采用*耐冲刷材料作为阀门内件，由于该阀门使用工况极为恶劣，为提高阀门使用寿命，必须采用*耐冲刷材料作为内件。以T1D阀为例，阀杆及节流部分材料采用了经过表面淬火的马氏体钢，其zui高硬度为HRC45土5，淬硬层大于3mm，且具有很强的耐冲刷能力。阀座和密封面表面堆焊厚度大于3mm的硬质钻基合金，同样具有*的耐冲刷能力。特别是整个阀门中zui重要也是冲刷zui严重的笼罩，采用整体硬质合金浇铸而成。此外，在阀门下阀体的内部还镶嵌了一个不锈钢内套，能防止阀体被介质直接冲蚀，且方便更换。
(3)采用合理的计算方法以减少冲刷，降低噪音。以T1D阀为例，*级减压的计算方法与高、低压加热器疏水调节阀相似，而第二级减压时介质已经是汽水混合体了。此时单纯用水或者单纯用汽的计算公式得出的结果都与实际相差比较大。比较简单的办法是将水部分和汽部分分开计算，再把两部分Kv值相加即可。一般来说当汽相大大多于液相时结果偏大，而液相大大多于汽相时结果偏小。这样得出的结果虽然和实际仍有一定的出人，但已基本能满足设计需要。此外还有一些更加详细的计算方法，这里不一一详述。同时在设计时考虑合理分配各级压差也相当重要，尽量使闪蒸引起的大部分气蚀发生在笼罩内，这样就减少了介质对阀门密封面和阀体的冲蚀。
3 锅炉给水调节阀
锅炉给水调节阀是电站阀门中zui重要的调节阀之一；它的好坏直接影响到锅炉的正常运行。其使用工况比较复杂，一般来说在机组启动时它的流量较小，压差却很大，且很容易产生气蚀。而机组启动后则流量变大，压差变小。根据其特点，在设计和选型时可注意以下几点：
(1)在小流量、高压差时，必须采用多级减压。这样一方面可以避免机组启动时高压差产生的气蚀，另一方面也降低了介质的流速，减少了介质对阀门内件的冲蚀。在流量大时则采用一级减压，以提高阀门的通流能力。以我公司生产的Tg2Z阀(见图3)为例，在小开度时就采用了三级套筒节流的方式，这也是比较常用的多级减压方式，对防止气蚀具有很好的效果。此外还有迷宫式、碟片式等多级减压方式，对防止气蚀也都有不错的效果。
(2)根据阀门工况特点采用等百分比的流量特性。由于在机组启动时阀门的流量较小，而机组启动后则流量变大，采用等百分比的流量特性可以提高阀门在小开度时的可调性，提高调节精度。
(3)采用耐气蚀的材料做内件，提高阀门的使用寿命。由于该阀门在机组中的重要性及使用工况的恶劣性决定了该阀门必须使用耐气蚀的材料做内件才能满足机组运行的需要。
总结以上三种调节阀的特点，我们不难发现，在它们设计和选型过程中关键是在恶劣工况情况下防止介质对阀门内件的冲蚀，提高其使用寿命，根据不同工况主要有以下几个办法：
(1)采用合理的结构减少介质对阀门内件的直接冲蚀。
(2)采用多级减压防止气蚀现象的产生。
(3)采用*耐冲刷材料作为阀门内件。
此外，注意不同工况下采用合理的计算方法也是提高此类阀门使用性能的重要方法。相信随着科学技术的不断发展，随着新技术、新材料、新工艺的不断使用，电站调节阀将会越做越好，更好的为电站自动化服务。
注1：气蚀、闪蒸——液体在通过调节副时液体达到zui大速度，压力降至低于饱和压力，液体中产生蒸气形成气泡，当液体流过调节副后，液体摩擦引起流体减速。导致液体压力增加，当出口压力高于液体饱和压力时，由节流产生的气饱就会挤压破裂，气泡破裂时产生的几百个大气压具有很强的破坏性，以上过程就称为气蚀。而当出口压力低于液体饱和压力时，由节流产生的气泡仍存在不再恢复为液体，称为闪蒸。
注2：Kv值——我国额定流量系数符号，用来表示阀门的流通能力。
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