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CSPPLAZA光熱發電網訊：“熔鹽控制閥的可靠性和安全性就關乎整個電站的正常運行和效益保證。一旦關鍵部位出現故障，就會導致整個電站停運。”近日，在2019第六屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會上，北京佳潔能新節能技術有限公司（簡稱“佳潔能”）董事長陳金環如是說。

他表示，把傳(chuan)統(tong)的導熱(re)介質(zhi)換成(cheng)熔鹽，帶來(lai)了更(geng)(geng)高的蒸(zheng)汽溫(wen)度(du)和更(geng)(geng)高的汽輪機的效率(lv)，降低了儲(chu)熱(re)系統(tong)的容量和投資(zi)。與此(ci)同時，集熱(re)儲(chu)熱(re)系統(tong)的設計溫(wen)度(du)也提高了，這對集熱(re)儲(chu)熱(re)島設備(bei)的耐高溫(wen)、耐腐蝕性(xing)能提出了更(geng)(geng)高的要求。

目前，國內9個示范(fan)項(xiang)目的熔(rong)鹽閥(fa)(fa)約(yue)90%以(yi)上都采(cai)用國外品牌，常見問題(ti)主要(yao)有閥(fa)(fa)門動作卡澀、閥(fa)(fa)桿變(bian)形、閥(fa)(fa)芯閥(fa)(fa)座(zuo)沖(chong)(chong)刷(shua)、汽(qi)蝕、熔(rong)鹽泄漏(lou)以(yi)及波紋管損(sun)壞。其中，熔(rong)鹽控制閥(fa)(fa)還存(cun)在一系列技術瓶頸(jing)，主要(yao)包括：熔(rong)鹽熔(rong)點太(tai)高(gao)(gao)(gao)、容易(yi)產(chan)生結(jie)晶(jing)固化；高(gao)(gao)(gao)溫(wen)、頻繁熱(re)載荷變(bian)化；晶(jing)間腐蝕、沖(chong)(chong)刷(shua)；高(gao)(gao)(gao)壓差或汽(qi)蝕；密(mi)封泄露；伴熱(re)問題(ti)。

圖：陳(chen)金環(huan)在大會上發言(yan)

會上，陳金環重點介紹了塔式大壓差熔鹽調(diao)節閥以及熔鹽控制閥需要關注的問題。

一、塔式大壓差熔鹽調節閥

據陳金環介紹，熔(rong)鹽的(de)物性(xing)與水蒸(zheng)汽有著較大的(de)區(qu)別，高溫(wen)、高壓差(cha)、流速、腐蝕或相(xiang)變等因(yin)素會(hui)構成(cheng)嚴酷的(de)工況。他列舉了幾種可能(neng)出現的(de)問題(ti)：

※ 沖刷：將損壞密封件，導(dao)致流量不可控；

※ 汽蝕：同樣將損壞密封件，嚴(yan)重時甚(shen)至會擊穿殼體；

※ 振動：影響系統穩(wen)定運行(xing)，還將造成噪聲(sheng)和泄漏(lou)；

※ 高噪聲：損(sun)失動(dong)力(li)，消耗能源(yuan)；

※ 調節不穩定：系統無法正常運行。

此外，高壓差必將導致高流速，高流速又將帶來振動、沖刷(shua)、噪聲(sheng)等一系列(lie)嚴重問(wen)題。

陳金(jin)環還(huan)介紹了(le)佳潔能(neng)研發的一種采用循環對流的熔鹽大壓差調節(jie)閥，它(ta)具備以(yi)下幾項優勢：

①創新流速控制和最有效降壓效果：流體(ti)在盤片(pian)內部(bu)經過(guo)轉彎、碰撞后消耗(hao)能量，逐級降壓(ya)減速。壓(ya)力可以從30MPa以上降到1.0MPa。

②抗堵塞、抗卡死：熔鹽會有一定的雜質(zhi)，而這款熔鹽調節(jie)閥采用(yong)循環對流(liu)盤片進口截面積(ji)尺寸與出(chu)口相同的設計(ji)，這樣熔鹽中的大顆(ke)粒就不會進去，小顆(ke)粒也不會卡在流(liu)道內部，同時盤片里的流(liu)道為圓(yuan)環形(xing)，能夠保證雜質(zhi)不會堆積(ji)，長期下來不會發(fa)生堵(du)塞。

③抗沖刷：采用(yong)高進低出結(jie)構，出口熔鹽(yan)的壓(ya)力、流速(su)已經(jing)達到了設計(ji)值(zhi)，對于閥(fa)座、密封面不(bu)會再(zai)產生沖刷。這樣(yang)就能保(bao)證這個閥(fa)長期使用(yong)不(bu)會泄露。

陳金(jin)環表示，該熔鹽調節閥在(zai)某10MW的示范項目使用了(le)一年(nian)多(duo)，沒有出現(xian)過沖刷和汽蝕的現(xian)象。

二、關于熔鹽控制閥的幾個問題

1.壓差與選型

陳金(jin)環指(zhi)出，正確選(xuan)型(xing)是熔(rong)鹽閥(fa)(fa)可靠長期無故障運行的保證(zheng)。他總結(jie)道(dao)，在儲熱、換熱管道(dao)，由于受(shou)到位置(zhi)限(xian)制，不能選(xuan)擇Y型(xing)控制閥(fa)(fa)，需采用Globe閥(fa)(fa)。一般壓差(cha)小(xiao)于1MPa時，可以采用拋物(wu)線型(xing)的單(dan)座閥(fa)(fa)，當(dang)壓差(cha)在1MPa~2.5MPa之間的時候(hou)，應選(xuan)用籠式閥(fa)(fa)芯，而且它的流(liu)動方向為流(liu)開，若壓差(cha)在2.5MPa及以上(shang)，建議(yi)選(xuan)用循環對流(liu)這種調(diao)節(jie)閥(fa)(fa)，因為籠式調(diao)節(jie)閥(fa)(fa)只能控制流(liu)量，無法做到降壓、減速。

2.閥桿密封是否采用波紋管密封

陳金(jin)環(huan)認為，閥(fa)(fa)(fa)桿波(bo)紋管密(mi)(mi)封(feng)(feng)是最(zui)有(you)效的(de)(de)(de)(de)選(xuan)擇。“從權威的(de)(de)(de)(de)統計來看(kan)，所有(you)的(de)(de)(de)(de)閥(fa)(fa)(fa)門，包括汽水閥(fa)(fa)(fa)門，90%以上的(de)(de)(de)(de)泄(xie)露都(dou)是來自于(yu)閥(fa)(fa)(fa)桿密(mi)(mi)封(feng)(feng)”，陳金(jin)環(huan)介紹道，“閥(fa)(fa)(fa)桿不(bu)(bu)采(cai)用波(bo)紋管密(mi)(mi)封(feng)(feng)，同(tong)樣(yang)需(xu)(xu)要(yao)加長閥(fa)(fa)(fa)蓋(gai)，并將閥(fa)(fa)(fa)桿填料處的(de)(de)(de)(de)溫度要(yao)控(kong)制(zhi)在填料允(yun)許(xu)值范圍。同(tong)時(shi)，為防(fang)止熔鹽(yan)在閥(fa)(fa)(fa)蓋(gai)以上的(de)(de)(de)(de)部分結(jie)晶，加長閥(fa)(fa)(fa)蓋(gai)需(xu)(xu)要(yao)采(cai)取(qu)伴熱措施，且(qie)需(xu)(xu)要(yao)定(ding)期更換閥(fa)(fa)(fa)桿填料，其(qi)價(jia)格也不(bu)(bu)便宜。另外，由(you)于(yu)熔融(rong)狀態(tai)的(de)(de)(de)(de)熔鹽(yan)具有(you)很強的(de)(de)(de)(de)滲透性，幾個(ge)月(yue)時(shi)間閥(fa)(fa)(fa)桿密(mi)(mi)封(feng)(feng)就會產(chan)生泄(xie)漏，容易(yi)產(chan)生安全事故。既(ji)然兩(liang)種形式都(dou)要(yao)伴熱，還不(bu)(bu)如(ru)采(cai)用閥(fa)(fa)(fa)桿波(bo)紋管密(mi)(mi)封(feng)(feng)，運行會省(sheng)掉很多(duo)麻煩事。”

3.閥座閥芯閥桿硬度問題

陳金(jin)環表(biao)示，如果(guo)密(mi)封材(cai)料(liao)(liao)太(tai)軟，很容易出現壓痕(hen)，但(dan)如果(guo)密(mi)封材(cai)料(liao)(liao)硬度高卻很薄(bo)就很容易崩裂，因此，選擇堆焊材(cai)料(liao)(liao)不(bu)科學會導致(zhi)閥內件沖刷、汽蝕及閥桿變(bian)形等。

比如，選擇滲氮(dan)等“表面硬化”處理工(gong)藝，硬度雖(sui)然上去了(le)，但是韌性下降(jiang)，反而容易崩裂，也(ye)不利于今后的密封面修復。

4.流速與腐蝕的關系

光熱發電采用的二元鹽，其(qi)溫度在500℃流(liu)速每秒6米時應該是(shi)一個臨界點，隨著溫度和流(liu)速的增(zeng)加(jia)，熔(rong)融狀態的二元熔(rong)鹽氧化腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)成倍增(zeng)大。在熔(rong)鹽工況下，籠式閥(fa)芯用不(bu)了多(duo)長時間就(jiu)(jiu)出(chu)現(xian)腐(fu)蝕(shi)(shi)沖刷，其(qi)原(yuan)因(yin)就(jiu)(jiu)是(shi)籠式閥(fa)主要是(shi)調節流(liu)量而(er)不(bu)能降壓和降速。

5.熔鹽成份不同，如何選擇密封面材料

為了達到一定的(de)硬(ying)度，通常會(hui)對熔鹽(yan)閥(fa)的(de)閥(fa)座與閥(fa)芯堆(dui)(dui)焊(han)其他(ta)合(he)金(jin)材(cai)(cai)料。陳金(jin)環介紹道：“通過(guo)試驗，我們發(fa)現不同(tong)(tong)成(cheng)分(fen)的(de)熔鹽(yan)對相同(tong)(tong)的(de)堆(dui)(dui)焊(han)材(cai)(cai)料有著(zhu)不同(tong)(tong)的(de)腐(fu)蝕性。比如(ru)，二元鹽(yan)通常采用ST6來堆(dui)(dui)焊(han)，但是這種堆(dui)(dui)焊(han)材(cai)(cai)料如(ru)果用于氯(lv)鹽(yan)等其他(ta)成(cheng)分(fen)的(de)鹽(yan)，只需要兩個月就把堆(dui)(dui)焊(han)的(de)材(cai)(cai)料腐(fu)蝕透(tou)了。所以要針(zhen)對不同(tong)(tong)的(de)鹽(yan)選(xuan)擇堆(dui)(dui)焊(han)材(cai)(cai)料，才(cai)能(neng)保證(zheng)熔鹽(yan)閥(fa)閥(fa)芯閥(fa)座不受到腐(fu)蝕。”

6.控制閥流量的調節

由于(yu)電站(zhan)的(de)壓力平衡和(he)熱平衡的(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，每(mei)個回路進口(kou)調(diao)(diao)節閥設計(ji)參數是一(yi)樣(yang)的(de)。不論采用何種特性的(de)控制閥，控制閥的(de)流(liu)(liu)量(liang)(liang)都(dou)會隨開度的(de)變化而變化。那么在控制閥相同(tong)開度的(de)情況下，每(mei)個出口(kou)流(liu)(liu)量(liang)(liang)應(ying)該(gai)相同(tong)或控制在允(yun)許的(de)誤差范圍之內，否(fou)則會給現場調(diao)(diao)試帶來非(fei)常(chang)大的(de)工作量(liang)(liang)。這就要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)閥門制造商要(yao)(yao)有嚴格的(de)流(liu)(liu)量(liang)(liang)測試手段，保證(zheng)每(mei)個閥門出廠(chang)的(de)流(liu)(liu)量(liang)(liang)曲線誤差控制在很小的(de)范圍。

7.控制閥采用蝶閥的優缺點

陳金環(huan)認為，控制(zhi)閥(fa)采用蝶閥(fa)的形式有缺點(dian)也有優點(dian)：

缺點：

● 熔鹽(yan)介質(zhi)閥門采用蝶閥形式，閥桿泄(xie)(xie)漏是肯定(ding)的，如果(guo)是主管，泄(xie)(xie)漏量會比(bi)較大；

● 作為流量調節精確度不高；

● 如果是通徑(jing)DN200以下的(de)閥門，閥板整體(ti)結(jie)構(gou)太厚，流阻大。

優點：

● 造價比截止(zhi)閥低幾(ji)倍；

● 閥體重量輕，便(bian)于(yu)安裝。

8.控制閥伴熱問題

“控制閥的伴熱一(yi)(yi)(yi)般位于(yu)閥蓋(gai)以(yi)上部分，保(bao)證閥桿和(he)波紋管上熔(rong)鹽(yan)不(bu)凝固，如(ru)果(guo)熔(rong)鹽(yan)結晶，一(yi)(yi)(yi)個行(xing)程足以(yi)損(sun)壞(huai)閥桿和(he)密(mi)封(feng)件、波紋管”，陳金環建議，“溫度傳感(gan)器的位置(zhi)要(yao)合(he)理，要(yao)能(neng)夠(gou)反應內(nei)部切實的溫度，確(que)保(bao)溫度在所(suo)有運行(xing)狀態下，都(dou)保(bao)持在規定的限制內(nei)。同時，溫度傳感(gan)器在中控室要(yao)有一(yi)(yi)(yi)個系統用于(yu)報警(jing)，這樣可以(yi)及時地發現問(wen)題、解(jie)決問(wen)題。”

據陳金環透(tou)露，佳潔(jie)能(neng)正在與合(he)作方(fang)聯(lian)合(he)開發一項熔(rong)鹽(yan)閥(fa)控制保護系(xi)統，“我(wo)們將某個電站熔(rong)鹽(yan)閥(fa)的(de)(de)扭(niu)矩數(shu)(shu)據、伴熱的(de)(de)溫度(du)數(shu)(shu)據以及波(bo)紋管的(de)(de)監測(ce)數(shu)(shu)據，通過(guo)5G網絡進行數(shu)(shu)據匯總分析。以此來實時地提供熔(rong)鹽(yan)閥(fa)的(de)(de)故障預(yu)警，保證熔(rong)鹽(yan)閥(fa)的(de)(de)正常運(yun)行，避免(mian)它的(de)(de)損壞(huai)。”

目(mu)前，佳潔能(neng)(neng)已(yi)經具(ju)備年產(chan)2000臺套的熔(rong)(rong)鹽閥生(sheng)產(chan)能(neng)(neng)力，其熔(rong)(rong)鹽控制閥已(yi)參(can)與國內多個項(xiang)目(mu)，包括中海陽高溫熔(rong)(rong)鹽試(shi)驗(yan)平(ping)臺、蘭州大成50MW光熱(re)項(xiang)目(mu)集熱(re)島先期(qi)運行系統、中國科(ke)學(xue)院上海應用物理研(yan)究所熔(rong)(rong)鹽試(shi)驗(yan)多個回(hui)路(lu)、浙江大學(xue)熱(re)能(neng)(neng)研(yan)究所塔式光熱(re)發電試(shi)驗(yan)回(hui)路(lu)、玉門(men)鑫能(neng)(neng)50MW光熱(re)發電示范項(xiang)目(mu)、某10MW示范項(xiang)目(mu)以及某50MW光熱(re)發電示范項(xiang)目(mu)。

除熔鹽閥(fa)外，佳潔能還提供了國(guo)內第一(yi)套光熱(re)(re)發電汽(qi)輪機旁路，應用于北(bei)京(jing)兆陽張家口一(yi)號(hao)15MW光熱(re)(re)項目，并向青(qing)海(hai)(hai)某50MW光熱(re)(re)項目發電島(dao)提供調節(jie)閥(fa)和疏水(shui)閥(fa)，還為上海(hai)(hai)電氣迪拜項目供應除氧器調節(jie)閥(fa)等(deng)。

最后，陳金環總結道(dao)：“四年多來(lai)，我(wo)(wo)們(men)通過與科(ke)研院所合(he)作，整合(he)并利用(yong)一(yi)(yi)些資源和技(ji)術(shu)，掌握(wo)了高(gao)溫熔(rong)鹽閥的(de)多項關鍵技(ji)術(shu)。目前，佳潔能熔(rong)鹽閥應用(yong)已經(jing)從試驗平臺走進示范項目，從現場(chang)反饋的(de)信息來(lai)看(kan)，產(chan)品質量(liang)不比國外品牌差，有些產(chan)品質量(liang)達到甚(shen)至超過國外一(yi)(yi)流(liu)廠(chang)家。當(dang)然，在(zai)光熱電(dian)(dian)站熔(rong)鹽閥國產(chan)化(hua)路上，我(wo)(wo)們(men)還需要克(ke)服許多困難(nan)，而我(wo)(wo)們(men)也將一(yi)(yi)如既往地與光熱同仁一(yi)(yi)起為(wei)電(dian)(dian)站投資和運維(wei)成本的(de)降(jiang)低貢獻微薄(bo)的(de)力量(liang)。”