佳洁能：塔式大压差熔盐调节阀及熔盐控制阀需关注的问题

       CSPPLAZA光热发电网讯：“熔盐控制阀的可靠性和安全性就关乎整个电站的正常运行和效益保证。一旦关键部位出现故障，就会导致整个电站停运。”近日，在2019第六届中国国际光热大会暨CSPPLAZA年会上，北京佳洁能新节能技术有限公司（简称“佳洁能”）董事长陈金环如是说。

       他表示，把传统的导热介质换成熔盐，带来了更高的蒸汽温度和更高的汽轮机的效率，降低了储热系统的容量和投资。与此同时，集热储热系统的设计温度也提高了，这对集热储热岛设备的耐高温、耐腐蚀性能提出了更高的要求。

       目前，国内9个示范项目的熔盐阀约90%以上都采用国外品牌，常见问题主要有阀门动作卡涩、阀杆变形、阀芯阀座冲刷、汽蚀、熔盐泄漏以及波纹管损坏。其中，熔盐控制阀还存在一系列技术瓶颈，主要包括：熔盐熔点太高、容易产生结晶固化；高温、频繁热载荷变化；晶间腐蚀、冲刷；高压差或汽蚀；密封泄露；伴热问题。

图：陈金环在大会上发言

       会上，陈金环重点介绍了塔式大压差熔盐调节阀以及熔盐控制阀需要关注的问题。

一、塔式大压差熔盐调节阀

       据陈金环介绍，熔盐的物性与水蒸汽有着较大的区别，高温、高压差、流速、腐蚀或相变等因素会构成严酷的工况。他列举了几种可能出现的问题：

       ※ 冲刷：将损坏密封件，导致流量不可控；

       ※ 汽蚀：同样将损坏密封件，严重时甚至会击穿壳体；

       ※ 振动：影响系统稳定运行，还将造成噪声和泄漏；

       ※ 高噪声：损失动力，消耗能源；

       ※ 调节不稳定：系统无法正常运行。

       此外，高压差必将导致高流速，高流速又将带来振动、冲刷、噪声等一系列严重问题。

       陈金环还介绍了佳洁能研发的一种采用循环对流的熔盐大压差调节阀，它具备以下几项优势：

      ①创新流速控制和最有效降压效果：流体在盘片内部经过转弯、碰撞后消耗能量，逐级降压减速。压力可以从30MPa以上降到1.0MPa。

      ②抗堵塞、抗卡死：熔盐会有一定的杂质，而这款熔盐调节阀采用循环对流盘片进口截面积尺寸与出口相同的设计，这样熔盐中的大颗粒就不会进去，小颗粒也不会卡在流道内部，同时盘片里的流道为圆环形，能够保证杂质不会堆积，长期下来不会发生堵塞。

      ③抗冲刷：采用高进低出结构，出口熔盐的压力、流速已经达到了设计值，对于阀座、密封面不会再产生冲刷。这样就能保证这个阀长期使用不会泄露。

       陈金环表示，该熔盐调节阀在某10MW的示范项目使用了一年多，没有出现过冲刷和汽蚀的现象。

二、关于熔盐控制阀的几个问题

1.压差与选型

陈金环指出，正确选型是熔盐阀可靠长期无故障运行的保证。他总结道，在储热、换热管道，由于受到位置限制，不能选择Y型控制阀，需采用Globe阀。一般压差小于1MPa时，可以采用抛物线型的单座阀，当压差在1MPa~2.5MPa之间的时候，应选用笼式阀芯，而且它的流动方向为流开，若压差在2.5MPa及以上，建议选用循环对流这种调节阀，因为笼式调节阀只能控制流量，无法做到降压、减速。

2.阀杆密封是否采用波纹管密封

陈金环认为，阀杆波纹管密封是最有效的选择。“从权威的统计来看，所有的阀门，包括汽水阀门，90%以上的泄露都是来自于阀杆密封”，陈金环介绍道，“阀杆不采用波纹管密封，同样需要加长阀盖，并将阀杆填料处的温度要控制在填料允许值范围。同时，为防止熔盐在阀盖以上的部分结晶，加长阀盖需要采取伴热措施，且需要定期更换阀杆填料，其价格也不便宜。另外，由于熔融状态的熔盐具有很强的渗透性，几个月时间阀杆密封就会产生泄漏，容易产生安全事故。既然两种形式都要伴热，还不如采用阀杆波纹管密封，运行会省掉很多麻烦事。”

3.阀座阀芯阀杆硬度问题

陈金环表示，如果密封材料太软，很容易出现压痕，但如果密封材料硬度高却很薄就很容易崩裂，因此，选择堆焊材料不科学会导致阀内件冲刷、汽蚀及阀杆变形等。

比如，选择渗氮等“表面硬化”处理工艺，硬度虽然上去了，但是韧性下降，反而容易崩裂，也不利于今后的密封面修复。

4.流速与腐蚀的关系

光热发电采用的二元盐，其温度在500℃流速每秒6米时应该是一个临界点，随着温度和流速的增加，熔融状态的二元熔盐氧化腐蚀性成倍增大。在熔盐工况下，笼式阀芯用不了多长时间就出现腐蚀冲刷，其原因就是笼式阀主要是调节流量而不能降压和降速。

5.熔盐成份不同，如何选择密封面材料

为了达到一定的硬度，通常会对熔盐阀的阀座与阀芯堆焊其他合金材料。陈金环介绍道：“通过试验，我们发现不同成分的熔盐对相同的堆焊材料有着不同的腐蚀性。比如，二元盐通常采用ST6来堆焊，但是这种堆焊材料如果用于氯盐等其他成分的盐，只需要两个月就把堆焊的材料腐蚀透了。所以要针对不同的盐选择堆焊材料，才能保证熔盐阀阀芯阀座不受到腐蚀。”

6.控制阀流量的调节

由于电站的压力平衡和热平衡的要求，每个回路进口调节阀设计参数是一样的。不论采用何种特性的控制阀，控制阀的流量都会随开度的变化而变化。那么在控制阀相同开度的情况下，每个出口流量应该相同或控制在允许的误差范围之内，否则会给现场调试带来非常大的工作量。这就要求阀门制造商要有严格的流量测试手段，保证每个阀门出厂的流量曲线误差控制在很小的范围。

7.控制阀采用蝶阀的优缺点

陈金环认为，控制阀采用蝶阀的形式有缺点也有优点：

缺点：

● 熔盐介质阀门采用蝶阀形式，阀杆泄漏是肯定的，如果是主管，泄漏量会比较大；

● 作为流量调节精确度不高；

● 如果是通径DN200以下的阀门，阀板整体结构太厚，流阻大。

优点：

● 造价比截止阀低几倍；

● 阀体重量轻，便于安装。

8.控制阀伴热问题

“控制阀的伴热一般位于阀盖以上部分，保证阀杆和波纹管上熔盐不凝固，如果熔盐结晶，一个行程足以损坏阀杆和密封件、波纹管”，陈金环建议，“温度传感器的位置要合理，要能够反应内部切实的温度，确保温度在所有运行状态下，都保持在规定的限制内。同时，温度传感器在中控室要有一个系统用于报警，这样可以及时地发现问题、解决问题。”

据陈金环透露，佳洁能正在与合作方联合开发一项熔盐阀控制保护系统，“我们将某个电站熔盐阀的扭矩数据、伴热的温度数据以及波纹管的监测数据，通过5G网络进行数据汇总分析。以此来实时地提供熔盐阀的故障预警，保证熔盐阀的正常运行，避免它的损坏。”

目前，佳洁能已经具备年产2000台套的熔盐阀生产能力，其熔盐控制阀已参与国内多个项目，包括中海阳高温熔盐试验平台、兰州大成50MW光热项目集热岛先期运行系统、中国科学院上海应用物理研究所熔盐试验多个回路、浙江大学热能研究所塔式光热发电试验回路、玉门鑫能50MW光热发电示范项目、某10MW示范项目以及某50MW光热发电示范项目。

除熔盐阀外，佳洁能还提供了国内第一套光热发电汽轮机旁路，应用于北京兆阳张家口一号15MW光热项目，并向青海某50MW光热项目发电岛提供调节阀和疏水阀，还为上海电气迪拜项目供应除氧器调节阀等。

最后，陈金环总结道：“四年多来，我们通过与科研院所合作，整合并利用一些资源和技术，掌握了高温熔盐阀的多项关键技术。目前，佳洁能熔盐阀应用已经从试验平台走进示范项目，从现场反馈的信息来看，产品质量不比国外品牌差，有些产品质量达到甚至超过国外一流厂家。当然，在光热电站熔盐阀国产化路上，我们还需要克服许多困难，而我们也将一如既往地与光热同仁一起为电站投资和运维成本的降低贡献微薄的力量。”