疏水球閥火力發(fā)電廠疏水系統(tǒng)中的應(yīng)用
要使疏水系統(tǒng)正常運行，除了保證疏水系統(tǒng)設(shè)計合理外，選擇合適的疏水裝置也至關(guān)重要。
在火力發(fā)電廠各系統(tǒng)中，疏水系統(tǒng)是復(fù)雜、凌亂的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的重要性雖不及主蒸汽等大系統(tǒng)，但該系統(tǒng)正常運行與否不僅關(guān)系到整個電廠的經(jīng)濟性，而且對整個電廠的安全性也會產(chǎn)生重大的影響。
1、發(fā)電廠疏水系統(tǒng)特點和疏水閥使用現(xiàn)狀
1.1 蒸汽疏水的產(chǎn)生機制及危害
蒸汽在傳輸中不可避免地要損失熱量，當(dāng)趨于飽和溫度時就會析出凝結(jié)水即疏水，特別是在蒸汽完全停止流動的區(qū)域，盡管蒸汽有過熱度，但仍然會產(chǎn)生疏水。蒸汽管道中形成的疏水對機組的安全性和經(jīng)濟性都會產(chǎn)生影響。
一方面管道中的疏水是形成水沖擊和水錘的根源，是設(shè)備的安全隱患，疏水在蒸汽管線中輸送雜質(zhì)，易使換熱設(shè)備結(jié)垢;另一方面，根據(jù)道爾頓分壓定律，如果蒸汽中混有疏水，就會使蒸汽額定壓力降低，導(dǎo)致蒸汽做功能力下降，使系統(tǒng)的效率下降。因此，及時將蒸汽系統(tǒng)中的疏水排走，不僅是蒸汽管線及設(shè)備的安全要求，也是蒸汽系統(tǒng)節(jié)能增效的需要。
1.2 火力發(fā)電廠疏水系統(tǒng)特點
火力發(fā)電廠疏水可分為啟動性疏水和經(jīng)常性疏水2部分，按疏水所在系統(tǒng)又可分為廠內(nèi)管道的疏水、熱力設(shè)備的疏水、鍋爐附屬設(shè)備的疏水、汽機本體范圍內(nèi)的疏水以及防止汽輪機進水的疏水系統(tǒng)等。
眾所周知，火力發(fā)電廠的疏水系統(tǒng)是非常復(fù)雜 的，要保證疏水系統(tǒng)的正常運行，除了必須根據(jù)各個疏水部分的特點合理設(shè)計系統(tǒng)和布置管線外，選擇合適的疏水裝置也是至關(guān)重要的。
1.3 疏水閥的使用現(xiàn)狀
目前，火電廠疏水裝置較多采用自動疏水器，該裝置能及時、自動排出蒸汽系統(tǒng)中的疏水及不凝結(jié)氣體。疏水器按作用原理的不同大致可分為熱動力型、熱靜力型、機械型以及混合型。這4種類型的疏水器都有其各自的優(yōu)、缺點及適用范圍，選型時需根據(jù)實際疏水部分的疏水溫度、壓力以及疏水量來綜合選定。
啟動性疏水是在機組點火啟動階段的疏水，因為暖管凝水量較大，同時汽-水兩相流的沖刷也很嚴(yán)重，因此，目前國內(nèi)機組的疏水裝置一般采用口徑大且耐沖刷的Y形截止閥。
亞臨界及以上參數(shù)機組的主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、軸封蒸汽管道、抽汽管道上等防止汽輪機進水疏水系統(tǒng)中使用的疏水閥門，均屬于高端閥門。
目前，我國有773家產(chǎn)值500萬元以上的閥門制造廠，其產(chǎn)值約占全國閥門總產(chǎn)值的70%，由于受技術(shù)、設(shè)計制造、金屬材料等因素的制約，國內(nèi)閥門生產(chǎn)企業(yè)在節(jié)能、環(huán)保、安全、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略上與國際先進企業(yè)相比尚有差距，不能生產(chǎn)滿足要求的疏水閥。所以，在較苛刻的工況下，進口閥門仍占據(jù)閥門市場的主導(dǎo)地位。
隨著金屬密封球閥技術(shù)的進一步發(fā)展，金屬密封球閥在啟動疏水閥領(lǐng)域開始占有一席之地，尤其是在超臨界及超超臨界機組中，隨著蒸汽疏水閥工作參數(shù)的提高，金屬密封球閥的優(yōu)勢越來越明顯。
2 金屬密封球閥的特點及應(yīng)用
2.1 球閥的特點
球閥是工業(yè)領(lǐng)域廣泛采用的閥門，它具有流體阻力小、結(jié)構(gòu)簡單、密封可靠、適用范圍廣以及操作靈活等優(yōu)點。但由于早期的球閥普遍采用普通軟密封，其使用溫度受到限制(低于200)，這就限制了球閥在火力發(fā)電廠(尤其是高溫、高壓疏水系統(tǒng))中的應(yīng)用。
近年來，隨著球閥技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了適用于更高溫度的金屬密封球閥，大大拓展了球閥在火力發(fā)電廠的應(yīng)用范圍。
2.2 金屬密封球閥的特點及應(yīng)用
2.2.1 傳統(tǒng)金屬密封球閥的特點
對于火力發(fā)電廠疏水閥，金屬密封球閥逐步取代傳統(tǒng)的截止閥已成為必然趨勢，這是由金屬密封球閥相比于傳統(tǒng)截止閥的優(yōu)勢所決定的。進口疏水球閥采用因科鎳爾作為球體材料，噴涂碳化鉻涂層(俗稱熱溶噴涂工藝)，具有抗高溫、抗腐蝕、抗沖刷、抗熱沖擊以及可頻繁操作的特點，適合在鍋爐疏水、鍋爐排汽、定排連排、汽包排氣、過熱器排氣和疏水、吹灰器隔離、減溫水隔離及汽機疏水、主蒸汽疏水、抽氣疏水、再熱疏水、一次汽隔離、二次汽隔離等工況中使用。金屬密封球閥與截止閥的性能對比見表1。
表 1 金屬密封球閥與截止閥的性能對比
金屬密封球閥與截止閥
從表1可以看出，金屬密封球閥在密封性能、耐沖刷能力、噪聲和維護方式等諸多方面都比傳統(tǒng)的截止閥具有較大的優(yōu)勢。
以對介質(zhì)的要求為例，截止閥要求流過的是純凈的介質(zhì)，不能含有雜質(zhì)，這一點正是目前許多電廠投運時間不長就出現(xiàn)進口疏水截止閥泄漏的主要原因。電廠在安裝維護過程中不可避免地會在蒸汽管道內(nèi)留存焊渣、氧化鐵、金屬顆粒等雜物，當(dāng)這些金屬雜物通過截止閥時，會對截止閥閥芯帶來較大的沖擊和磨損，進而引起泄漏，嚴(yán)重時會把閥芯和閥座上的司太立合金沖刷掉，此時閥芯不能再研磨維護，只能重新更換。而金屬密封球閥具有自清潔功能，允許閥門流過含雜質(zhì)顆粒的介質(zhì)。
2.2.2 新型金屬密封球閥的特點及應(yīng)用
隨著科技的發(fā)展，金屬密封球閥技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，早期的球閥技術(shù)已無法滿足當(dāng)前苛刻工況的要求，逐漸被淘汰。2009年，美國金屬密封方孔球閥進入中國閥門市場，該球閥采用了新的專利方孔技術(shù)及金屬表面硬化處理技術(shù)(特別是納米涂層工藝)，增強了金屬密封球閥在更高需求和更苛刻工況的應(yīng)用能力。方孔金屬密封球閥是對現(xiàn)有的圓孔金屬密封球閥的重大革新，圓孔的月牙形小截面變?yōu)榉娇椎姆叫未蠼孛妗D1為開度15時新型方孔金屬密封球閥與傳統(tǒng)圓孔金屬密封球閥流道口形狀的比較。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，在相同開度下，方孔球閥的流通面積比普通的圓孔球閥更大，降低了流速，減小了球體和閥座在開關(guān)過程中的沖刷，保護動密封內(nèi)件。新型金屬密封方孔球閥與普通金屬密封球閥性能對比見表2。
a 開度15°時方孔球閥流道口形狀 b 開度15°時圓孔球閥流到口形狀
金屬密封球閥流道口形狀對比
圖1 方孔金屬密封球閥與傳統(tǒng)圓孔金屬密封球閥流道口形狀對比
新型金屬密封方孔球閥
表2 新型金屬密封方孔球閥與普通金屬密封球閥性能對比
目前，該新型球閥已在國內(nèi)多個電廠疏水系統(tǒng)中使用，如華能海門電廠(1000MW機組)主汽疏水閥、中電投平頂山電廠(1000MW機組)主汽疏水閥和抽汽疏水閥、珠海電廠(600MW機組)主汽疏水閥、寶鋼自備電廠(330MW機組)主汽疏水閥、中電投平圩發(fā)電廠(600MW機組)主汽疏水閥等，為用戶解決了高溫、高壓疏水工況時的內(nèi)漏及外漏問題，減少了維護工作量、降低了費用、減少了熱損耗、提高了經(jīng)濟效益。
3 結(jié)束語
火力發(fā)電廠疏水系統(tǒng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，對整個電廠的經(jīng)濟、安全運行有很大影響，因此，必須保證該系統(tǒng)的正常運行。要使疏水系統(tǒng)正常運行，除根據(jù)各個疏水部分的特點合理設(shè)計系統(tǒng)和布置管線外，還應(yīng)合理選擇疏水裝置。金屬密封球閥比傳統(tǒng)截止閥在密封性能、耐沖刷能力、噪聲和維護方式等方面都有優(yōu)勢，尤其是新型金屬密封方孔球閥的出現(xiàn)，將使金屬密封球閥取代傳統(tǒng)截止閥成為一種趨勢。
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