迷宫芯包式调节阀在600MW超临界机组中的应用
分析了多级减压笼罩式调节阀在国内超临界600MW 机组中用于给水泵再循环调节阀时损坏的原因，介绍了国产迷宫芯包式调节阀采用的平衡迷宫减压方式，使通过阀瓣密封部位的流体气蚀状况得到很好的控制，解决了超临界机组给水再循环调节阀存在的气蚀和冲刷等问题。
1、概述
600MW 超临界机组的给水系统配备2 台50%容量的汽动给水泵和1 台启动电动给水泵，给水泵设计出口水压为30 ～ 31MPa。给水泵出口配备的再循环调节阀采用连续调节的方式，原配套为7 层级减压笼罩式调节阀，使用后经常出现阀瓣组件破坏性损坏。根据实际的使用情况更换为国产迷宫芯包式调节阀，保证了系统正常运行。
2、多级减压笼罩式调节阀
多级减压笼罩式调节阀运行约5 个月后开始出现严重的内漏现象，使给水泵能耗损失增加，通过对阀门解体检验，其笼罩、阀瓣和阀座等均有气蚀和冲刷造成的损坏。
2.1、笼罩
多级减压笼罩式调节阀采用多级减压的节流型式，其节流减压能力有限，减压过程中出现流速突增，减压期间使介质压力低于汽化压力，产生严重的气蚀现象，不能从根本上消除阀门开启时的气蚀。由于设计的节流方式和节流减压能力不能满足实际运行工况要求，导致减压笼罩受到严重的气蚀和冲刷破坏( 图1) ，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为使其在实际的运行中完全丧失节流减压作用。
图1 笼罩气蚀状况
2.2、阀瓣
在机组调峰时，给水泵流量过小，需要开启再循环调节阀，提高给水泵的流量，便于给水控制。在该阶段，由于阀门开度相对较小( 一般控制开度15% ～20%) ，阀门动作次数增加，阀瓣组件承受冲刷的时间长，加剧阀瓣密封面部位的气蚀破坏，阀门内漏加剧。阀门关闭时，给水压力较高，阀瓣内漏导致的气蚀更为严重，造成阀瓣密封面的进一步破坏( 图2) 。
图2 笼罩式调节阀阀瓣气蚀状况
2.3、阀座
阀座由非金属材料组装，其与基座的配合强度在小开度工况下( 即使设定最小开度的情况) ，易受汽水冲刷、空化而逐步脱落，造成关闭不严( 图3) 。
图3 笼罩式调节阀阀座气蚀状况
图4 流体经过阀瓣部位时的颈缩现象
2.4、气蚀
流体通过调节阀时，压力P1、流速V1的介质流动到阀瓣部位，阀瓣与阀座产生节流和颈缩现象( 图4) ，速度迅速增加至V2，压力降低至P2，低于该介质的饱和蒸汽压力PV，介质汽化形成气泡。当介质流过阀瓣和阀座的颈缩部位后，由于通道改变，压力回升动能转换为势能，压力回复为P3，速度回复为V3( 图5) ，当压力超过介质的饱和蒸汽压力PV时，形成的气泡就会发生破裂，产生极强的局部压力。气泡破裂时产生的巨大能量在瞬间对阀瓣、阀座等节流元件产生破坏，在A 区域( 图5) 形成气蚀。
由于气蚀时产生的表面破坏力太大，仅提高阀瓣组件的硬度不能从根本上解决气蚀现象造成的后果，笼罩式调节阀的阀瓣组件全部进行表面硬化处理，虽然组件的表面硬度已经达到58 ～ 60 HRC，但整个阀门在使用约5 个月后然会出现较严重的内漏现象，每年检查均发现阀瓣组件严重的损坏。
图5 介质通过调节阀压力变化曲线
多级减压笼罩式调节阀的阀瓣、笼罩和阀座属于整体加工成型并进行热处理，在阀瓣组件损坏后无法进行完好修复处理，即使修复后由于存在异种钢高硬度焊接问题，其使用效果更差。
3、迷宫芯包式调节阀
迷宫芯包式调节阀的减压阀瓣采用多层迷宫式盘片加工成减压件，盘片内加工多个平行流道，且有一定数量的直角转弯( 图6) ，每个流道均可以起到降低介质流速的作用。芯包内侧设计有围堰结构( 图7) ，以均匀阀瓣周围的压力，保持阀瓣的对中。流体相互作用，降低流体流速，避免高压液体对阀座的冲刷。在流体经过流道时速度降低，使得经过芯包的介质流速始终控制在30m /s 以内( 流速30m /s以内的流体对节流原件的冲蚀作用为最小) 。使得介质的压力始终保持高于介质的汽化压力PV( 图6) ，从根本上消除气蚀现象，保证阀瓣组件使用时的安全性。
图6 迷宫式调节阀芯包及盘片的减压原理
图7 迷宫式调节阀阀瓣包的盘片和围堰结构
迷宫式调节阀在超临界机组上安装使用，阀门前后最大压差为30MPa、介质为水、温度180℃，布置于除氧器上部，连续调节使用。阀门使用13 个月后，其芯包状况良好，没有任何损坏，不需要进行维修。阀瓣和阀座密封面部位在使用8 个月后没有任何损坏，在13 个月后出现较明显的气蚀现象，但不影响阀门的正常开关，现场检验其内漏量微小。由于阀瓣整体采用司太立硬质合金堆焊加工成型，当阀瓣、阀座出现损伤时，可以重新堆焊加工修复。相对于笼罩式调节阀的整套阀瓣组件更换，维修费用低，并可在线快速更换。
4、结语
迷宫芯包式调节阀采用多层迷宫盘片降压，限制介质流速，保持介质压力始终在汽化压力之上，消除了介质流经调节阀时出现的气蚀现象。芯包内采用围堰结构，使阀瓣周围压力均匀，避免了介质对阀座的直接冲刷。密封面堆焊司太立合金，使密封面能长期工作且方便维修。迷宫芯包式调节阀可以用做超临界机组给水泵再循环阀。
