4月26日，2024第十一屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會在內(nèi)蒙古呼和浩特盛大召開，北京佳潔能新節(jié)能技術(shù)有限公司（簡稱：北京佳潔能）董事長陳金環(huán)出席會議并作主題報告《解決熔鹽閥運維中的主要問題，助力光熱+關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化》。

圖：陳金環(huán)

熔鹽閥可靠性對于光熱電站運行至關(guān)重要

陳金環(huán)指出，熔鹽閥的國產(chǎn)化，首先要滿足光熱電站運行工況，保證熔鹽系統(tǒng)集、儲、換的正常運行。若采用廉價卻不成熟的產(chǎn)品，嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致電站停運，造成更大損失。因此，成熟可靠可控的國產(chǎn)化熔鹽閥產(chǎn)品是助力光熱發(fā)電降低成本的基本條件。

陳金環(huán)舉例，在首批示范項目中，冷罐泵出口關(guān)斷閥采用三偏心金屬密封蝶閥的，大多存在內(nèi)漏情況。他指出，若關(guān)斷閥內(nèi)漏2%~3%，每小時則至少有50噸以上的熔鹽通過備用泵返回熔鹽罐。

以某項目參數(shù)作為參考，熔鹽泵打出1噸熔鹽約需1.375KW，這些熔鹽通過備用泵返回熔鹽罐里再打出來還需同樣的電，50×1.375=68.75×2=137.5KW，按一天10小時運行，一年300天計算，137.5×10×300=412500KW。

他表示，熱罐備用泵也是同樣的問題，運行時一旦備用泵反轉(zhuǎn)，一小時內(nèi)漏或?qū)⒊^100噸，加上再循環(huán)的漏鹽，熔鹽大量泄漏到熱罐，不僅降低了熱鹽的溫度，也降低了蒸汽參數(shù)。由于熔鹽閥的內(nèi)漏，一個100MW光熱電站一年至少損失100萬千瓦的能量，同時給后期運維增加了大量的工作和難度。

北京佳潔能通過從首批示范項目熔鹽系統(tǒng)運維中發(fā)現(xiàn)的一些問題，結(jié)合現(xiàn)場工況加以改進，希望能給這批“光熱+”項目的設(shè)計和選型及已發(fā)電項目的改造提出一點參考，讓熔鹽系統(tǒng)運行更加安全可靠，降低運維成本。

陳金環(huán)還強調(diào)，國產(chǎn)化并非盲目追求成本價格從進口一臺50萬元直接降至5萬元，他認(rèn)為，在成本合理降低的同時，應(yīng)首先保證產(chǎn)品的可靠性，并根據(jù)具體工況來研發(fā)合適的熔鹽閥。“一個系統(tǒng)關(guān)鍵位置的可靠熔鹽閥，一年可為項目節(jié)省幾十萬千瓦的能源，這是助力國產(chǎn)化降本的一個重要方向。”

冷泵至吸熱器熔鹽閥改進措施

如上圖所示，冷鹽泵有氣動或電液動三偏心快關(guān)蝶閥，止回閥+調(diào)節(jié)閥，止回閥三種配置。

氣動或電液動三偏心快關(guān)蝶閥的目的是止回和關(guān)斷。止回作用是防止熔鹽泵反轉(zhuǎn)，靠氣動或電液動快關(guān)實現(xiàn)。關(guān)斷作用是隔斷熔鹽介質(zhì)倒流，蝶閥產(chǎn)生內(nèi)漏，熔鹽通過備用泵倒流罐里。

當(dāng)備用泵的出口關(guān)斷閥出現(xiàn)微量內(nèi)漏時，最大的危害是熔鹽倒流至泵內(nèi)部，使熔鹽殘留在泵的軸承及軸套上，熔鹽凝結(jié)造成泵卡澀；當(dāng)大量內(nèi)漏時，則會使泵倒轉(zhuǎn)，長此以往，泵的緊固件容易松動脫落，造成泵的晃動及大幅振動，使得泵無法正常運行。

陳金環(huán)指出，首批示范項目以三偏心蝶閥作為止回和關(guān)斷，基本上都出現(xiàn)了問題。因為三偏心蝶閥不適合熔鹽長期溫變的工況，且冷泵出口的工作壓力較高。

為何出現(xiàn)內(nèi)漏？陳金環(huán)分析，閥桿軸線徑向偏心，在閥桿力矩的作用下，密封圈周邊的密封力和產(chǎn)生的應(yīng)力不等，有高壓力區(qū)和低壓力區(qū)，導(dǎo)致密封圈周邊的變形不一致，沿周邊不一致的變形，影響了閥門的密封效果；此外，頻繁的溫度變化，導(dǎo)致密封圈和閥座的變形，甚至固定密封圈的螺栓脫落，留下一定的隱患。

圖：模擬光熱熔鹽運行工況三偏心蝶閥閥瓣、密封圈溫度場

圖：模擬光熱熔鹽運行工況三偏心蝶閥密封圈應(yīng)力分布

如上圖。從三偏心蝶板密封面等效應(yīng)力和蝶板變形圖可以看出，蝶閥密封面受力受扭矩影響大，在蝶板的上下面由于受錐面幾何形狀的影響，無法產(chǎn)生足夠的密封比壓；整個蝶板由于扭矩和介質(zhì)力的影響容易產(chǎn)生非對稱形變，故常見三偏心蝶閥很難做到零泄漏或V級以上密封等級。

陳金環(huán)表示，在本批光熱+項目，北京佳潔能和某設(shè)計院進行了改進，去掉三偏心快關(guān)蝶閥，采用止回閥+調(diào)節(jié)閥形式設(shè)計。止回閥依靠介質(zhì)本身流動而自動開、閉閥瓣,用來防止介質(zhì)倒流。調(diào)節(jié)閥作為流量調(diào)節(jié)的同時，把密封等級做到零泄漏，實現(xiàn)介質(zhì)的關(guān)斷。這種設(shè)計既能保護熔鹽泵，又能隔斷介質(zhì)倒流。關(guān)鍵是要求有一種能適應(yīng)熔鹽工況的專用止回閥，且閥腔不能有死角殘留熔鹽，同時還要適應(yīng)疏鹽工況的要求。

他指出，如果用汽水止回閥代替熔鹽專用止回閥，閥體底部長期積鹽不易排除，且鹽垢不易化開，影響閥瓣動作。因此常規(guī)的汽水旋啟式止回閥明顯不適應(yīng)熔鹽系統(tǒng)。

熔鹽逆止閥依靠介質(zhì)本身流動而自動開、閉閥瓣,用來防止介質(zhì)倒流，結(jié)構(gòu)上無死角，熔鹽不會在閥體內(nèi)殘留導(dǎo)致凍死，無需外部動力，故障率低。逆止閥相對于電液動快關(guān)閥，設(shè)備無需維護，價格較低。

陳金環(huán)表示，只采用止回閥的設(shè)計雖能保護熔鹽泵，但由于止回閥關(guān)閉后需要兩秒左右的雙向壓力平衡才能關(guān)緊，而且有人擔(dān)心運行時間長了，止回閥的閥瓣與閥座的密封面是否會擦傷，導(dǎo)致無法關(guān)緊。

改進方案：自緊式偏心止回關(guān)斷雙功能蝶閥

陳金環(huán)介紹，自緊式偏心止回關(guān)斷雙功能蝶閥靠啟泵后熔鹽的壓力打開，停泵或事故靠熔鹽的倒流壓力3秒內(nèi)迅速關(guān)閉，這兩個過程電動執(zhí)行機構(gòu)不產(chǎn)生作用。止回功能實現(xiàn)后，電動執(zhí)行器動作，對閥瓣施加一定的力，加上熔鹽反向的壓力輔助，達到了關(guān)閉后的嚴(yán)密性。

如果設(shè)計上認(rèn)為變頻泵不需要調(diào)節(jié)閥，那么熔鹽泵出口只需設(shè)置止回關(guān)斷雙功能的自緊式偏心金屬密封蝶閥，既能達到止回閥的功能，又克服了三偏心蝶閥內(nèi)漏問題，節(jié)省了投資。

自緊式三偏心金屬密封蝶閥（止回關(guān)斷雙功能）蝶板閥中主要包括閥體、支架、閥桿、閥板、

連桿機構(gòu)等組成，結(jié)構(gòu)簡單可靠。閥門密封面采用錐面設(shè)計，閥門密封采用介質(zhì)自身壓力達到自緊密封，同時閥桿可提供輔助關(guān)閉力，泄漏等級可達Ⅴ級；閥門開關(guān)采用連桿結(jié)構(gòu)，蝶板的開啟靠泵出口的壓力，止回作用時依靠介質(zhì)的倒流迅速關(guān)閉，同時執(zhí)行機構(gòu)動作，對關(guān)閉的閥瓣施加一定的推力，保證關(guān)閉的嚴(yán)密性，達到了零泄漏。

此外，蝶板采用偏心設(shè)計，開啟時蝶板密封面與閥座密封面完全脫離，確保蝶板與閥座無磨損，延長使用壽命。閥門開啟后蝶板與流道平行，流阻小，流通能力大。

圖：自緊式三偏心金屬密封蝶閥（止回、關(guān)斷雙功能）蠕變應(yīng)力分析

圖：自緊式三偏心金屬密封蝶閥（止回、關(guān)斷雙功能）蠕變應(yīng)力分析

冷泵再循環(huán)管道閥門方面，陳金環(huán)表示，熔鹽泵再循環(huán)設(shè)計為截止閥時，小流量閥門開度很小，由于力高（達到7MPa多）熔鹽沖蝕力特別強，該閥幾次密封和閥芯就會嚴(yán)重沖涮，泄漏就越來越嚴(yán)重。當(dāng)系統(tǒng)運行時，熔鹽一直在通過該閥漏到冷鹽罐。至于對系統(tǒng)的影響我們不得而知，但明顯浪費了能源。從冷鹽泵出來需要消耗電能，回到冷鹽罐后，再通過冷鹽打出來也要消耗電能，等于消耗了兩次電能。冷泵再循環(huán)應(yīng)設(shè)計為多級降壓調(diào)節(jié)閥，系統(tǒng)運行后關(guān)閉零泄漏。雖然多級降壓調(diào)節(jié)閥價位高，但長久的效益方面比截止閥要好很多。

下降管至進熱罐冷罐熔鹽閥改進措施

陳金環(huán)表示，光熱在運行時，熱鹽通過調(diào)節(jié)閥減壓降速后進入熱罐冷罐，如果降壓效果不好，或者說運行一段時間后，進熱罐熱鹽壓力較大流速增大，給熱罐帶來嚴(yán)重的隱患。因此下降管大壓差調(diào)節(jié)閥的改進措施也極為重要。

圖：下降管至進熱罐冷罐熔鹽閥系統(tǒng)

大壓差調(diào)節(jié)閥采用多層孔結(jié)構(gòu)，運維中該閥易出現(xiàn)的問題包括：疏鹽時調(diào)節(jié)閥中部出現(xiàn)漏鹽；多層孔下部出現(xiàn)渣滓堵塞，節(jié)流孔無出現(xiàn)沖涮汽蝕；節(jié)流孔出現(xiàn)沖涮汽蝕，無出現(xiàn)渣滓堵塞。

基于此，陳金環(huán)提出了兩個思路：思路1，套筒的結(jié)構(gòu)與節(jié)流孔的大小與套筒之間的縫隙大小，決定這些渣滓的流出與堵塞；思路2，熱熔鹽的溫度與流速對閥內(nèi)件沖蝕的臨界點是決定沖蝕與否的主要因素。

陳金環(huán)認(rèn)為，應(yīng)尋找一種結(jié)構(gòu)，能同時解決上述問題，既能避免渣滓堵塞，又能克服沖涮汽蝕。

改進方案：循環(huán)換對流式盤片組合熔鹽大壓差調(diào)節(jié)閥

圖：循環(huán)對流式結(jié)構(gòu)

陳金環(huán)介紹，循環(huán)對流式的特點是避讓。改變流道結(jié)構(gòu)是避讓堵塞最有效的途徑；控制熔鹽流速是避讓沖蝕最有效的方法。兩者結(jié)合，可以完美解決下降管調(diào)閥所遇到的主要問題。

圖：北京佳潔能大壓差調(diào)節(jié)閥

假如大壓差調(diào)節(jié)閥沖蝕，出口壓力、流速太高，進熱鹽罐電動開關(guān)閥不能降壓降流速，進熱鹽罐的壓力、流速夠高會產(chǎn)生安全隱患，熱鹽罐里的鹽動起來，慣性力會使罐體薄弱或有瑕疵的焊縫裂開，將會造成嚴(yán)重的損失。因此，下塔調(diào)節(jié)閥長期運行的降壓降速是不能打折扣的。

針對充鹽和疏鹽工況，一種設(shè)計是通過下降管進冷罐，如果進熱罐的開關(guān)閥內(nèi)漏，不達到溫度要求的鹽進冷罐的同時也進熱罐，降低熱鹽的溫度，蒸發(fā)器效率就降低。陳金環(huán)表示，這里的開關(guān)閥大多設(shè)計成三偏心金屬密封蝶閥，北京佳潔能對這些開關(guān)閥進行了改進。

采用泵出口的自緊式偏心關(guān)斷蝶閥，把止回的功能去掉，打開和關(guān)閉靠執(zhí)行機構(gòu)的力來實現(xiàn)，把閥的流向換一個方向后，關(guān)閉后介質(zhì)的倒流壓力輔助執(zhí)行器關(guān)閉效果更好，達到零泄漏。變角行程的三偏心蝶閥為直行程后，閥座和閥瓣的密封通過閥座和閥瓣本體堆焊加工，就不會出現(xiàn)三偏心蝶閥密封圈變形了的問題。

熱泵至蒸發(fā)器母管熔鹽閥改進措施

陳金環(huán)介紹，熱鹽罐出口熔鹽閥的布置方式包括：

1、氣動快關(guān)三偏心蝶閥

氣動快關(guān)三偏心蝶閥采用通用三偏心蝶閥，快關(guān)是當(dāng)止回閥用，同時也當(dāng)關(guān)斷閥用。這在首批示范項目的實際運行中出現(xiàn)大量內(nèi)漏，備用泵出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)，給現(xiàn)場運行帶來麻煩。

2、止回閥+電動調(diào)節(jié)閥（0泄漏）

止回閥關(guān)閉后會有3秒左右壓力平衡才能達到關(guān)斷作用；擔(dān)心止回閥內(nèi)漏，所以加上調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥要求零泄漏，通過與泵連鎖，停泵后調(diào)節(jié)閥關(guān)閉達到零泄漏。阿克塞匯東項目采用該方案。缺點是總包方熱泵多了三臺調(diào)節(jié)閥的成本。

3.止回閥

陳金環(huán)表示，該方案已在首航敦煌100MW上運行3年多，效果也很好，但必須要求止回閥底部無死角，否則熔鹽殘留無法排出。因此需采用專用的熔鹽止回閥。“有人會擔(dān)心運行時間長，閥瓣動作會不會產(chǎn)生對閥座密封面的擦傷，導(dǎo)致泄漏。該閥只有在系統(tǒng)停機或故障時動作一次，頻率較低，使用壽命還是很長的，但這擔(dān)心是有道理的。”

改進方案：自緊式偏心止回關(guān)斷雙功能蝶閥

該閥與上述所述冷泵出口一樣，采用自緊式偏心止回關(guān)斷雙功能蝶閥，靠啟泵后熔鹽的壓力打開，停泵或事故靠熔鹽的倒流壓力可在2秒內(nèi)迅速關(guān)閉，這兩個過程電動執(zhí)行機構(gòu)不產(chǎn)生作用。止回功能實現(xiàn)后，電動執(zhí)行器動作，對閥瓣施加一定的力，介質(zhì)反向的壓力輔助，達到了關(guān)閉后的嚴(yán)密性。系統(tǒng)運行前，先通過執(zhí)行機構(gòu)把閥瓣打開，可與泵做連鎖。既能達到止回閥的功能，又克服了三偏心蝶閥內(nèi)漏問題，節(jié)省了投資。

關(guān)于北京佳潔能：

作為國產(chǎn)主流熔鹽閥供應(yīng)商之一，北京佳潔能自2014年起與蘇州德蘭聯(lián)合研發(fā)熔鹽閥門，與多個權(quán)威科研院所合作，獲得十幾項有關(guān)熔鹽閥專利授權(quán)，同時在多個熔鹽閥試驗平臺和首批多個示范項目應(yīng)用近300臺，無故障運行時間大多超三年。

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2024第十一屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會4月25-26日在內(nèi)蒙古呼和浩特香格里拉大酒店盛大召開，大會由CSPPLAZA光熱發(fā)電平臺聯(lián)合常州龍騰光熱科技股份有限公司共同主辦，大會主題為“在多變的形勢下實現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展”，共有來自海內(nèi)外約800名代表出席本屆大會。