電站用高溫高壓調節閥的選型分析

火力發電是由鍋爐產生的高溫高壓蒸汽驅動氣輪機運轉發電，其發電量的大小主要通過主給水調節閥控制鍋爐的給水量來實現。由于發動機組從啟動到額定負荷運行過程中，鍋爐的壓力從很低（甚至零）逐漸升至額定值，因此，主給水調節閥的閥前閥后壓差漸漸減小，也就是說閥在小流量（小開度）時，承受高壓差，大流量時為低壓差。在這種工況下，對調節閥是嚴重的考驗，因此這些調節閥國內電站大都采用進口調節閥。

1 鍋爐給水系統
目前*常見的鍋爐給水控制由3大類型：
①單閥系統，即用一臺調節閥控制給水系統開停車與正常運行（圖1）；
②雙閥系統，即使用兩臺調節閥控制，一臺用于啟動工況，另一臺用于正常運行工況（圖2）；
③變頻調速泵系統（這里不討論）。
2 調節閥使用工況
2.1 單閥系統
①電廠啟動和停車時的高壓降和嚴重氣蝕（壓差可達138kg/cm2）。
②正常運行的工況要求調節閥在較低壓差狀態下通過較大流量。
③在整個運行期間會發生嚴重的振動。
④要求閥門具備大的可調比。
⑤必須考慮高速流體所帶來的沖刷磨損問題。
⑥*不要將單閥方案使用在調峰電廠（經常需要停車的電廠）。
2.2 雙閥系統（包含主給水閥和副給水閥）
主給水閥：
①正常運行時壓差較小，流量大；
②劇烈振動；
③必須考慮高速流體所帶來的沖刷磨損問題；
④需要嚴密關斷。
副給水閥：
①電廠啟動和停車時的高壓降和嚴重氣蝕（壓差可達138kg/cm2）；
②劇烈振動；
③必須考慮高速流體所帶來的沖刷磨損問題；
④需要嚴密關斷。
圖2 雙閥系統
3 調節閥的選型
液體介質在高壓差下會產生空化。研究表明，空化產生于液態區的汽泡，生成汽泡的必要條件是液態所處的*壓力低于該液體飽和蒸汽壓力Pv。如圖3所示，閥座相當于節流孔板，高壓流體流經節流孔時，靜壓能與動壓能相互轉換，流速的增加導致壓力降低。當壓力降低至等于或低于該流體在入口溫度下的汽化壓力Pv時，液體中的蒸發膨脹而形成汽泡，帶有氣泡的液體在寬敞的下游流道中流速下降，壓力回升。當壓力回升至Pv或高于Pv時，汽泡潰裂，這即是空化過程。汽泡潰裂時，釋放出巨人的能量，對閥座、閥芯等節流元件產生破壞，即空蝕。空化的破壞力很大，據測算，汽泡破裂的瞬時壓力高達300MPa，現有的工程材料難以抵抗其空蝕。對于不銹鋼等塑性材料，在空化作用，將產生麻點腐蝕起碼到呈蜂窩狀空洞損壞;而對于硬質合金等脆性材料則產生碎塊損壞。
需要說明，這里所講的空化（caviation）或空蝕，即通常所說的氣蝕。那為什么不用氣蝕這個詞呢?如前所述，空化是一個過程，空化不一定，也不僅僅產生空蝕，只有當高壓液體流經閥的節流口后，其出口壓力P2等于或高于該液體的汽化壓力Pv時，汽泡破裂所釋放的巨大空化能才對節流組件產生破壞，即空蝕。如果出口P2低于汽化壓力Pv流出，節流降壓過程所產生的汽泡就不會破裂，而是夾在液體中成為“二相流”，通常稱為“閃蒸”流動。閃蒸流動一般不會對節流元件產生破壞，但會產生阻塞流，而使調節閥流量減少，與此同時，還會產生強烈的噪聲和振動，該噪聲稱為空化噪聲。由此可知，空蝕或氣蝕僅僅是空化過程的結果之一。因此，我們所講的防空化要領即基于此。防空化，即是防止其流體在節流降壓過程中產生汽泡，當然也就不會有氣蝕，更不會產生閃蒸流動.這和防氣蝕是不同的，防氣蝕是指汽泡產生了，但不讓其對節流元件產生空蝕。如前所述，由于空化能很高，只有在壓差較低的情況下選用適當材料才能延緩其空蝕，但不能有效抵抗空蝕。因此，防空化是治本、治源，是積極的辦法，而防氣蝕則是治標而且往往難以實現。
因此，鍋爐主給水、副給水等高壓差調節閥如果沒有防空化功能，在高壓差下通常使用二三個月，甚至幾小時，其節流元件即遭受嚴重空蝕，致使其閥座泄漏量高達額定流童的30%以上而喪失調節控制功能。空化與壓差直接相關。如果將產生空化的壓差定義為臨界壓差△Pc，則當液體流經調節閥所產生的實際壓差△P<△Pc，并在流體流經閥門節流口處的縮脈壓力PVc。高于該液體入口溫度下的汽化壓力Pv時，就不產生空化。由此，將閥的總壓差用分級降壓的辦法，使每一級壓差△P1<△Pc，即可防止空化產生，這即是現今各種多級降壓防空化高壓差調節閥的理論基礎。