简述连续排污节流阀的设计

[关键词]锅炉汽包;连续排污节流阀;内特性;结构;压差

一、引言

连续排污节流阀安装在锅炉汽包的排污管道上,其作用是对汽包内的介质进行连续排污调节,从而保证汽包内水的品质。作为具有调节性能的连续排污节流阀,其工作条件是所有调节类、节流类和减压类阀门中最为恶劣的场合,如果不能正确地选取阀门最大允许压差以及不能合理的设计阀门结构,节流件及阀体则极易发生汽蚀和侵蚀,从而严重影响阀门的使用效果和寿命。

二、设计探讨

用于饱和介质节流的阀门经常受到汽蚀和腐蚀的损害,关键的部件还有出现金属抽丝的现象。但在实际使用中,必须保证连续排污节流阀有良好的使用性能、较长的使用寿命和可投入自动控制的要求。本文根据多年对用于高压差,饱和水介质进行节流的阀门的研究与设计,提出了连续排污节流阀在内调特性、压差上的选取以及结构上设计的一些看法。谨供同行业同人们参考。

1.阀门内调节特性的确定。通过对调节阀的工作特性的研究,在阀门中产生的压降与系统总压降相比,所占的比例很小,如果设计、制造过程中和理想特性偏差很大,则会发生畸变,而使阀门的内特性曲线和工作特性曲线相比相差很大,也就是尽管阀瓣设计成直线特性,也不能保证成正比关系。而当阀门压降与系统总压降比值很小时,具有等百分比内特性曲线的阀门,则能保证工作特性曲线接近于直线特性,一般此值为0.4或更小。根据阀门最大压降的计算,连续排污节流阀的压降和系统总压降比值很小,大约在0.108～0.14,因此在设计连续排污节流阀的阀瓣型线时应该选用等百分比特性曲线,当大于0.2以上时,也可设计成直线特性。

2.结构设计的确定。连续排污节流阀属于特高压差调节类阀门,在内部节流副的设计上,应该充分考虑使用节流过程中产生的能量,快速分散在节流过程中以达到控制在高压差情况下出现的破坏力,从而使零件的损伤能得到了实质性减少的目的,为达到这一目的,根本性的基础就是如何设计介质流道的结构。

(1)如图1所示,阀瓣按等百分比曲线,设计成近似圆锥体,介质流向自上而下,在开启过程中,介质在流经阀瓣上部时,稍有一些短暂的扰动外,可以使介质平滑地流经阀座和阀瓣之间的环形截面直到阀瓣的末端。

(2)阀体中腔设有扩容区(见图1),根据有关资料介绍,该扩容区应遵循:①扩容区直径和节流区直径之比≥1.43倍;②面积比≥7.3倍,由此可按照阀门流通面积在此突然增大,满足压力降低后流量容积的需要,降低介质的出口速度。 同时在这种结构下,汽化过程非常的充分,将使水蒸汽瞬间饱和,同时保持了液体介质的过冷状态直到在套筒流道短距离的范围内重新建立平衡后,以控制膨胀后进入扩容器。

3.压差和流通能力的确定

按照常规高压差调节阀的设计理念,只需合理的分配压力,设计成多级节流形式的结构,完全可以满足运行要求,但由于:(1)连续排污节流阀的公称通径比较小,一般在DN20~50之间;(2)对于饱和介质应用节流孔板进行减压,在低负荷(≤30%)下,基本上达不到预期的减压目的,因而不适宜做成多级节流形式,经过运行试验,采用单级节流,出口加大流通面积的方式是完全可行的。但必须遵守用避免饱和介质发生闪蒸流体的计算原则,首先应该按照:最大压差公式:

计算阀门最大允许压差;

式中:

――不会产生汽蚀和阻塞流的允许压力降;Fz――压力恢复系数;P1――阀进口压力;FF――临界压力比。

PV――在入口温度下液体的饱和温度

PS――液体临界压力,PS=22.11MPa

Pac――液体临界压力到闪蒸开始点间压降

其次,用图解法求出介质在节流过程中的闪蒸点开始时的压力。如图2所示,Pac可按面积法求得,使面积ABCD=ABEF,由图2中求出Psat/PV以及和Pv相对应的Pac/Pv的比值后,用已知的Pv值求出Pac,按照日本冈野阀门株式会社提供的资料。可用Psat/Pv查曲线图得出Pac/Pv的比值,然后计算出Pac值。

流通能力计算,按照流通能力计算公式,其中的最大允许压差应该选取上述两种计算值的小值,再求出E点(图2)压力下的饱和水比容,即可得出满足实际运行工况下的流通能力。同时计算节流面积。

三、结论

通过对亚临界300～600MW机组配置的结构形式和对200MW机组以下的连续排污节流阀的实际运行效果中可以看出,无论是在性能调节还是运行寿命上都比一般节流阀排污阀有着非常明显的优良品质,保证了汽包连续排污工况的要求,同样也可以适应具有高压差,饱和温度的其他设备使用。