高压锅炉给水系统中梅索尼兰Lincolnlog控制阀的应用浅析

高压锅炉给水系统中梅索尼兰Lincolnlog控制阀的应用浅析

发布时间：2011-2-24 12:25:00 点击数：186

高压锅炉给水控制系统是电厂控制阀应用中最关键也是最富挑战性的部分之一。因为锅炉给水系统调节汽包水位从而决定锅炉产生的蒸汽量，再经发电机输出电能由此而来。控制阀的解决方案需要根据系统的应用来适当选择，性能上细微的差别都可能会对发电机的发电过程产生重大影响。本文对比了两种不同的锅炉给水系统设计以及各自的相关问题，并对梅索尼兰的控制阀解决方案加以介绍。

高压锅炉给水控制阀的应用工况视电厂情况的不同而具有显著的变化。控制阀的两个主要相关状态是“启动或锅炉满载状态”及“主工况”。在低输出负荷的工厂中，工况十分苛刻；而高输出负荷工厂的工况则相对好一些。

当电厂处于“启动状态”时，调节阀的进口压力非常高，根据设计与电厂输出量的差异压力范围为2000～4000psig；而出口压力相对较低，压力范围为30～200psig。这一状态下，通过控制阀的水流量很低。当电厂处于“主工况”状态时，控制阀的进口压力仍保持2000～4000psig；而出口压力因锅炉内较高的压力会增加到1500～3500psig。此时，通过控制阀的水流量也会因炉内高压而增加。

苛刻的启动环境的频率和持续期与较轻微的斜升环境是由工厂关闭、启动周期的次数所决定的。当今发电厂的趋势是需要越来越多的轮机循环，这使得控制阀受到更多的关注和重视，而不是处于一味平稳的状态。电厂周期中的新趋势使工况下高压锅炉给水控制阀和它抵挡极端偏转能力的重要性更加显著，满足客户对延长阀门和内件生命周期的需要。

一、高压锅炉给水应用问题

对于一个面对高压锅炉给水应用的控制阀应用工程师而言，他所面对的主要挑战是提供一个控制阀解决方案，这一方案需要：消除气蚀及其可能引起的破坏；具备满足不同工况要求的阀门可调范围及可控性。

1、气蚀现象

控制阀处理纯净流体时可能会产生气蚀，这种现象在当流体静态压力减少到一个值、而该值小于液体蒸汽压力值时就会产生，破坏流体的连续性。在气蚀产生时，不对称的气泡爆裂会形成流体微喷。高强度压力波动与流体微喷撞击阀体表面相结合，会造成控制阀及其内件材料的严重损害。严重的气蚀甚至会导致阀体、插件及阀座区域的急剧损坏。气蚀还可能导致大量噪音的产生和震动问题，这些都将可能成为安全隐患。

高压锅炉给水应用中还存在少量的闪蒸问题。与气蚀现象不同，这些蒸汽气泡没有破裂，而是继续在控制阀中随着流体流动。当锅炉给水应用出现闪蒸现象时，不能认为选择控制阀只需要解决闪蒸问题。实际上，在少量的闪蒸前经常有大量气蚀的发生。所以必须选择能恰当消除气蚀及其引起的相关破坏的控制阀。

2、高降压比率

控制阀中的降压比率被定义为最高可控的流量系数与最低可控的流量系数之比。启动的时候，阀门会被暴露在低流动率和高压压降下，这需要阀门设定小的流量系数；而在主流体环境，阀门会被暴露在高流动率和低压压降下，这则需要阀门设定大的流量系数。由于这些应用工况的巨大变化，所选择的控制阀必须有足够能力来应对所有可能的工况。错误选择高降压比率的阀门，可能导致控制阀节流距离阀座过近，或阀门在全部开启时无法通过所需要的流量。节流部分过于靠近阀座会引起阀座表面的腐蚀破坏，更甚者可能影响阀内件的间隙区，从而导致出现阀芯振动引发的一系列问题。如果控制阀在全部开启时没有足够的流量系数，可能会造成系统的低效率及电力输出量的减少。

二、成功的解决方案

1、双控制阀解决方案

高压锅炉给水应用中最普通的一种控制解决方案是由两个控制阀平行、分开处理从控制器到两个控制阀信号的系统。“开启阀门”是第一个打开的控制阀，用以处理启动流体环境；“主阀门”控制阀是打开的第二个阀门，用以处理主流体环境。

被选作“开启阀门”的控制阀必须有多级气蚀控制内件的设计，用于消除任何潜在的

气蚀及可能引起的损害。梅索尼兰Lincolnlog控制阀（图1）是这一应用领域的代表性产品，如果阀门入口压力少于2000psig，有4级内件设计的的Lincolnlog控制阀将充分消除气蚀。如果阀门入口压力高于2000psig，该产品将配有6级甚至更多级的内件设计来满足您的需要。

Lincolnlog控制阀是当今市场上最有效的消除气蚀的控制阀。独一无二的轴向、多级的内件设计使得气蚀不能在任何单独的压力下降阶段产生。压力随着整个插件的长度而递减。因此，没有任何单独阶段是一直暴露在系统的完全压力下降中的。而且Lincolnlog控制阀对洁净度要求不高，允许碎片（大小可以是阀门尺寸的1/10）在没有引起控制阀阻塞或粘滞的情况下通过内件，解决高压锅炉给水应用中固有的问题。“主阀门”常常有如同梅索尼兰 41005系列控制阀的单级或双级内件设计（图2），如果用于关闭流体，它足以应付“主启动环境”。

如果选择了双控制阀解决方案，在适当流率和压力下降时作出从“启动阀门”到“主阀门”的控制过渡是至关重要的，过渡流体环境必须选择在“主阀门”开启高于10%、压降的产生不会引起气蚀现象时。在过渡流体环境期，“启动阀门”必须能够快速关闭，时间最好少于1min。这将允许主阀门从阀座上完全开启，从而不会造成因控制阀芯过于接近阀座而引起的相关问题。

2、单控制阀解决方案

一些客户偏好使用能够处理从“启动流体环境”到“主流体环境”工况变化范围较大的单控制阀解决方案。梅索尼兰为这些客户提供以下几种选择：

第一种单阀门解决方案推荐使用带有可变抗力内件（VRT）的41375阀门，这种内件是由位于底部的金属板做成的堆栈和位于上部的洞笼所组成的。内件的堆栈设计是为了满足处理低流率和高压压降下启动或锅炉满载环境需要。洞笼的设计则是为了满足处理较高流率和低压压降不太苛刻的主流体环境。

第二种单阀门解决方案推荐使用一种较大的多级Lincolnlog阀门（6～8″），这种阀门的降压比率大于50且能在多数应用中应付所有的流体环境，但是不足以应付“主流体环境”较高的流量系数（Cv）需要（图3）。

专为满足高压、高流量系数应用的第三种单阀门解决方案是一种配有V-LOG内件的大型球阀，它可以根据不同的需要，把堆栈阀芯、钻孔或通笼技术结合起来（图4）。堆栈阀芯（图5）设计了一系列提供曲折流路的转弯，这一转弯可以分流压降，在启动高压下降环境到过渡流量期间，气蚀就不会在任何单一级别出现。钻孔或通笼部分位于堆栈阀芯之上，能使控制阀处理与“主流体环境”相关的更大流量。这种V-LOG的液压内件通常用于阀关的流体方向。如果降压比率非常高，专利的插件设计可以用于阻止清除插件周围的流体，从而确保所有流体都通过堆栈阀芯流体通道。必须具备堆栈阀芯设计才能在给定应用情况下使插件打开到最小流率的10%，这样可以避免因节流插件离阀座太近而引起的对阀座表面的损害。

以上所描述的单控制阀解决方案已被成功应用于世界各地的很多发电厂中，用以解决高压锅炉的给水问题。这种控制阀的制作需要了解客户详细的工况，以使堆栈阀芯流体路径能恰当地处理低流量、高压压降环境。同时，位于上部的洞笼能够处理高流量、低压压降环境（气蚀现象）。

三、结论

高压锅炉给水控制阀是发电厂中至关重要的因素。控制阀必须慎重选择，以防止气蚀

的产生，并提供极端流量环境下良好的控制能力。无论是双阀门解决方案还是单阀门解决方案，梅索尼兰都可以设计出耐用的控制阀来抵抗工况下的极端偏转，并同时满足客户延长阀门与内件使用寿命的需要。