CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)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(xiàn)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(jié)能技術有限公司（簡稱“佳潔能”）董事長陳金環(huán)如是說。

他表示，把傳統(tǒng)的導熱介質(zhì)換成熔鹽，帶來了更高的蒸汽溫度和更高的汽輪機的效率，降低了儲熱系統(tǒng)的容量和投資。與此同時，集熱儲熱系統(tǒng)的設計溫度也提高了，這對集熱儲熱島設備的耐高溫、耐腐蝕性能提出了更高的要求。

目前，國內(nèi)9個示范項目的熔鹽閥約90%以上都采用國外品牌，常見問題主要有閥門動作卡澀、閥桿變形、閥芯閥座沖刷、汽蝕、熔鹽泄漏以及波紋管損壞。其中，熔鹽控制閥還存在一系列技術瓶頸，主要包括：熔鹽熔點太高、容易產(chǎn)生結(jié)晶固化；高溫、頻繁熱載荷變化；晶間腐蝕、沖刷；高壓差或汽蝕；密封泄露；伴熱問題。

圖：陳金環(huán)在大會上發(fā)言

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

一、塔式大壓差熔鹽調(diào)節(jié)閥

據(jù)陳金環(huán)介紹，熔鹽的物性與水蒸汽有著較大的區(qū)別，高溫、高壓差、流速、腐蝕或相變等因素會構(gòu)成嚴酷的工況。他列舉了幾種可能出現(xiàn)的問題：

※ 沖刷：將損壞密封件，導致流量不可控；

※ 汽蝕：同樣將損壞密封件，嚴重時甚至會擊穿殼體；

※ 振動：影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，還將造成噪聲和泄漏；

※ 高噪聲：損失動力，消耗能源；

※ 調(diào)節(jié)不穩(wěn)定：系統(tǒng)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、噪聲等一系列嚴重問題。

陳金環(huán)還介紹了佳潔能研發(fā)的一種采用循環(huán)對流的熔鹽大壓差調(diào)節(jié)閥，它具備以下幾項優(yōu)勢：

①創(chuàng)新流速控制和最有效降壓效果：流體在盤片內(nèi)部經(jīng)過轉(zhuǎn)彎、碰撞后消耗能量，逐級降壓減速。壓力可以從30MPa以上降到1.0MPa。

②抗堵塞、抗卡死：熔鹽會有一定的雜質(zhì)，而這款熔鹽調(diào)節(jié)閥采用循環(huán)對流盤片進口截面積尺寸與出口相同的設計，這樣熔鹽中的大顆粒就不會進去，小顆粒也不會卡在流道內(nèi)部，同時盤片里的流道為圓環(huán)形，能夠保證雜質(zhì)不會堆積，長期下來不會發(fā)生堵塞。

③抗沖刷：采用高進低出結(jié)構(gòu)，出口熔鹽的壓力、流速已經(jīng)達到了設計值，對于閥座、密封面不會再產(chǎn)生沖刷。這樣就能保證這個閥長期使用不會泄露。

陳金環(huán)表示，該熔鹽調(diào)節(jié)閥在某10MW的示范項目使用了一年多，沒有出現(xiàn)過沖刷和汽蝕的現(xiàn)象。

二、關于熔鹽控制閥的幾個問題

1.壓差與選型

陳金環(huán)指出，正確選型是熔鹽閥可靠長期無故障運行的保證。他總結(jié)道，在儲熱、換熱管道，由于受到位置限制，不能選擇Y型控制閥，需采用Globe閥。一般壓差小于1MPa時，可以采用拋物線型的單座閥，當壓差在1MPa~2.5MPa之間的時候，應選用籠式閥芯，而且它的流動方向為流開，若壓差在2.5MPa及以上，建議選用循環(huán)對流這種調(diào)節(jié)閥，因為籠式調(diào)節(jié)閥只能控制流量，無法做到降壓、減速。

2.閥桿密封是否采用波紋管密封

陳金環(huán)認為，閥桿波紋管密封是最有效的選擇。“從權(quán)威的統(tǒng)計來看，所有的閥門，包括汽水閥門，90%以上的泄露都是來自于閥桿密封”，陳金環(huán)介紹道，“閥桿不采用波紋管密封，同樣需要加長閥蓋，并將閥桿填料處的溫度要控制在填料允許值范圍。同時，為防止熔鹽在閥蓋以上的部分結(jié)晶，加長閥蓋需要采取伴熱措施，且需要定期更換閥桿填料，其價格也不便宜。另外，由于熔融狀態(tài)的熔鹽具有很強的滲透性，幾個月時間閥桿密封就會產(chǎn)生泄漏，容易產(chǎn)生安全事故。既然兩種形式都要伴熱，還不如采用閥桿波紋管密封，運行會省掉很多麻煩事。”

3.閥座閥芯閥桿硬度問題

陳金環(huán)表示，如果密封材料太軟，很容易出現(xiàn)壓痕，但如果密封材料硬度高卻很薄就很容易崩裂，因此，選擇堆焊材料不科學會導致閥內(nèi)件沖刷、汽蝕及閥桿變形等。

比如，選擇滲氮等“表面硬化”處理工藝，硬度雖然上去了，但是韌性下降，反而容易崩裂，也不利于今后的密封面修復。

4.流速與腐蝕的關系

光熱發(fā)電采用的二元鹽，其溫度在500℃流速每秒6米時應該是一個臨界點，隨著溫度和流速的增加，熔融狀態(tài)的二元熔鹽氧化腐蝕性成倍增大。在熔鹽工況下，籠式閥芯用不了多長時間就出現(xiàn)腐蝕沖刷，其原因就是籠式閥主要是調(diào)節(jié)流量而不能降壓和降速。

5.熔鹽成份不同，如何選擇密封面材料

為了達到一定的硬度，通常會對熔鹽閥的閥座與閥芯堆焊其他合金材料。陳金環(huán)介紹道：“通過試驗，我們發(fā)現(xiàn)不同成分的熔鹽對相同的堆焊材料有著不同的腐蝕性。比如，二元鹽通常采用ST6來堆焊，但是這種堆焊材料如果用于氯鹽等其他成分的鹽，只需要兩個月就把堆焊的材料腐蝕透了。所以要針對不同的鹽選擇堆焊材料，才能保證熔鹽閥閥芯閥座不受到腐蝕。”

6.控制閥流量的調(diào)節(jié)

由于電站的壓力平衡和熱平衡的要求，每個回路進口調(diào)節(jié)閥設計參數(shù)是一樣的。不論采用何種特性的控制閥，控制閥的流量都會隨開度的變化而變化。那么在控制閥相同開度的情況下，每個出口流量應該相同或控制在允許的誤差范圍之內(nèi)，否則會給現(xiàn)場調(diào)試帶來非常大的工作量。這就要求閥門制造商要有嚴格的流量測試手段，保證每個閥門出廠的流量曲線誤差控制在很小的范圍。

7.控制閥采用蝶閥的優(yōu)缺點

陳金環(huán)認為，控制閥采用蝶閥的形式有缺點也有優(yōu)點：

缺點：

● 熔鹽介質(zhì)閥門采用蝶閥形式，閥桿泄漏是肯定的，如果是主管，泄漏量會比較大；

● 作為流量調(diào)節(jié)精確度不高；

● 如果是通徑DN200以下的閥門，閥板整體結(jié)構(gòu)太厚，流阻大。

優(yōu)點：

● 造價比截止閥低幾倍；

● 閥體重量輕，便于安裝。

8.控制閥伴熱問題

“控制閥的伴熱一般位于閥蓋以上部分，保證閥桿和波紋管上熔鹽不凝固，如果熔鹽結(jié)晶，一個行程足以損壞閥桿和密封件、波紋管”，陳金環(huán)建議，“溫度傳感器的位置要合理，要能夠反應內(nèi)部切實的溫度，確保溫度在所有運行狀態(tài)下，都保持在規(guī)定的限制內(nèi)。同時，溫度傳感器在中控室要有一個系統(tǒng)用于報警，這樣可以及時地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。”

據(jù)陳金環(huán)透露，佳潔能正在與合作方聯(lián)合開發(fā)一項熔鹽閥控制保護系統(tǒng)，“我們將某個電站熔鹽閥的扭矩數(shù)據(jù)、伴熱的溫度數(shù)據(jù)以及波紋管的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過5G網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)匯總分析。以此來實時地提供熔鹽閥的故障預警，保證熔鹽閥的正常運行，避免它的損壞。”

目前，佳潔能已經(jīng)具備年產(chǎn)2000臺套的熔鹽閥生產(chǎn)能力，其熔鹽控制閥已參與國內(nèi)多個項目，包括中海陽高溫熔鹽試驗平臺、蘭州大成50MW光熱項目集熱島先期運行系統(tǒng)、中國科學院上海應用物理研究所熔鹽試驗多個回路、浙江大學熱能研究所塔式光熱發(fā)電試驗回路、玉門鑫能50MW光熱發(fā)電示范項目、某10MW示范項目以及某50MW光熱發(fā)電示范項目。

除熔鹽閥外，佳潔能還提供了國內(nèi)第一套光熱發(fā)電汽輪機旁路，應用于北京兆陽張家口一號15MW光熱項目，并向青海某50MW光熱項目發(fā)電島提供調(diào)節(jié)閥和疏水閥，還為上海電氣迪拜項目供應除氧器調(diào)節(jié)閥等。

最后，陳金環(huán)總結(jié)道：“四年多來，我們通過與科研院所合作，整合并利用一些資源和技術，掌握了高溫熔鹽閥的多項關鍵技術。目前，佳潔能熔鹽閥應用已經(jīng)從試驗平臺走進示范項目，從現(xiàn)場反饋的信息來看，產(chǎn)品質(zhì)量不比國外品牌差，有些產(chǎn)品質(zhì)量達到甚至超過國外一流廠家。當然，在光熱電站熔鹽閥國產(chǎn)化路上，我們還需要克服許多困難，而我們也將一如既往地與光熱同仁一起為電站投資和運維成本的降低貢獻微薄的力量。”