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陳金環:熔鹽閥門的設計與運行經驗分享
發布者:xylona | 來源:CSPPLAZA | 0評論 | 825查看 | 2025-07-14 16:16:31    

近(jin)日,第十二(er)屆(jie)中國(guo)國(guo)際(ji)光熱大(da)會暨CSPPLAZA年(nian)會在(zai)浙(zhe)江杭州召開,北京佳潔能新節能技術有限公司董事長(chang)陳金(jin)環出席會議并發表主題報告,重點分享了公司參(can)與某110MW塔式熔鹽(yan)光熱電站從(cong)調試(shi)到運維過程中,關于熔鹽(yan)系統熔鹽(yan)閥門的設計與運行經驗。


該項目中,北京佳潔能的供貨范圍(wei)廣泛,除(chu)吸熱器(qi)內的熔(rong)鹽(yan)(yan)閥外,從冷(leng)泵(beng)出口、高旁、低(di)旁到下降管(guan)、熱罐(guan),再到熱罐(guan)出來的熱泵(beng)出口及SG系統,所有熔(rong)鹽(yan)(yan)閥均由其提供,覆蓋了疏鹽(yan)(yan)系統、熔(rong)鹽(yan)(yan)泵(beng)出口再循環系統、下塔熔(rong)鹽(yan)(yan)閥及熔(rong)鹽(yan)(yan)泵(beng)出口止回閥等關(guan)鍵環節。


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圖:陳金環


1

疏鹽系統熔鹽閥:聚焦凍鹽與疏鹽效率難題


疏鹽(yan)系(xi)(xi)統是(shi)熔鹽(yan)光熱電站的重要組成部分,涵蓋冷鹽(yan)罐、熱鹽(yan)罐及SGS系(xi)(xi)統的疏鹽(yan)環節。陳(chen)金環結合(he)實際項目(mu)經驗,重點分析了該系(xi)(xi)統中(zhong)熔鹽(yan)閥(fa)的常(chang)見問題(ti)及解決方(fang)案。


在(zai)該項(xiang)目并(bing)網過程中,由于當時環境溫度低至(zhi)零下二十(shi)多攝氏度,且伴(ban)隨大風,電(dian)伴(ban)熱(re)無法補償熱(re)量損(sun)失,導致SGS系統的兩臺熔鹽疏(shu)鹽閥出現(xian)閥桿頂彎現(xian)象。停機(ji)檢(jian)查后發現(xian),閥腔、管道及流道內均(jun)存在(zai)凍鹽結塊。


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圖:SGS系統疏鹽


陳(chen)金(jin)環指出,這(zhe)一問(wen)題的根源(yuan)可從多方面追溯:


一是管(guan)道(dao)設計口徑過(guo)小,導致纏繞(rao)的(de)電(dian)伴熱功率不足,難(nan)以抵御嚴寒環境下的(de)溫度損失;


二是運行時(shi)母管(guan)(guan)至疏鹽(yan)罐的管(guan)(guan)道熔鹽(yan)處(chu)于靜止狀態,溫度降低(di)后流速放(fang)緩,加之管(guan)(guan)道彎頭設計進一(yi)步阻礙流動,最終(zhong)引(yin)發凍鹽(yan);


三是關(guan)閉疏(shu)鹽(yan)閥(fa)(fa)(fa)時(shi),閥(fa)(fa)(fa)座(zuo)積鹽(yan)改變了閥(fa)(fa)(fa)門行程(cheng),過力矩(ju)直接造成(cheng)閥(fa)(fa)(fa)桿頂彎,且閥(fa)(fa)(fa)腔(qiang)及(ji)前(qian)后管道內殘留的熔鹽(yan)未徹(che)底排(pai)凈,加劇了凍(dong)堵風險。


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針(zhen)對疏鹽系(xi)統的設計與運維,陳(chen)金(jin)環提出了系(xi)統性建議:


從工程設計角度(du),疏(shu)鹽(yan)管道口徑需嚴格把控,最小不低于4寸,且安(an)裝位(wei)置應盡量(liang)靠近母管,縮短系統(tong)運行(xing)時(shi)的存(cun)鹽(yan)管道長度(du);同時(shi),可(ke)對疏(shu)鹽(yan)系統(tong)電伴(ban)熱進行(xing)單獨(du)控制,提(ti)高其(qi)溫度(du)補償能力。


從(cong)運維角(jiao)度(du),需重點(dian)監測疏(shu)鹽(yan)管(guan)道的降溫情況,避免在凍(dong)鹽(yan)后對(dui)疏(shu)鹽(yan)閥進行操作(zuo);若管(guan)道設(she)計已無(wu)法調整,可采(cai)用“笨辦法”——適時小(xiao)開(kai)度(du)打開(kai)疏(shu)鹽(yan)閥,讓存鹽(yan)段(duan)的熔鹽(yan)流動起來(lai),減(jian)少凍(dong)堵概率。從(cong)控制角(jiao)度(du),疏(shu)鹽(yan)閥的電(dian)動裝置(zhi)應增(zeng)加(jia)反(fan)饋信號(hao),通過精(jing)準(zhun)控制小(xiao)開(kai)度(du)狀態,確(que)保熔鹽(yan)流動以(yi)預防凍(dong)鹽(yan)。


從閥(fa)門(men)設計角度(du),需杜絕為(wei)(wei)降(jiang)低成本而縮小流通(tong)面積的(de)行為(wei)(wei),例如設計為(wei)(wei)125(5寸)的(de)疏鹽閥(fa)不可用4寸甚至(zhi)更小的(de)閥(fa)門(men)替代,否則會嚴重影響(xiang)疏鹽效率(lv)。


2

熔鹽泵出口再循環系統熔鹽閥:關注振動與內漏風險


對于冷鹽泵(beng)和熱鹽泵(beng)再(zai)循環管路(lu)兼具疏鹽功能的(de)場景,陳金環特別強調了調節閥的(de)縮徑問題。


他表示(shi),再循(xun)環調節閥(fa)(fa)的設計通(tong)常以最小流量(liang)參數為依(yi)據(ju),流通(tong)內(nei)(nei)徑可(ke)能僅為管道口(kou)徑的二分之一甚至(zhi)更小,這會顯著(zhu)降(jiang)低疏鹽(yan)(yan)效(xiao)率(lv)。因此,他建議再循(xun)環調節閥(fa)(fa)口(kou)徑不應低于4寸,尤其(qi)是(shi)冷鹽(yan)(yan)泵再循(xun)環閥(fa)(fa),因壓力等(deng)級(ji)高,需采取防(fang)沖(chong)刷、防(fang)汽(qi)蝕(shi)措施,避免小開(kai)度(du)時閥(fa)(fa)內(nei)(nei)件(jian)受損(sun)導致漏(lou)鹽(yan)(yan),造成能源浪費。


此外,若條(tiao)件允許(xu),可(ke)在再循環調(diao)閥(fa)(fa)(fa)前增(zeng)設熔鹽(yan)截(jie)止閥(fa)(fa)(fa),當調(diao)閥(fa)(fa)(fa)因未采(cai)取防(fang)沖蝕措施(shi)出現(xian)嚴重內漏時(shi),截(jie)止閥(fa)(fa)(fa)可(ke)起(qi)到(dao)緊急關閉作(zuo)用。


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熔(rong)(rong)(rong)鹽泵(beng)(beng)出口再循環系(xi)統(tong)是保障(zhang)泵(beng)(beng)體安全運行的(de)關鍵,涵蓋冷鹽泵(beng)(beng)、熱鹽泵(beng)(beng)、SGS熱熔(rong)(rong)(rong)鹽泵(beng)(beng)及調溫熔(rong)(rong)(rong)鹽泵(beng)(beng)的(de)最小流量管道,其(qi)閥(fa)門設計與運行穩定性直接影響系(xi)統(tong)效率。


陳(chen)金環指出(chu),當(dang)再循環管(guan)路同時(shi)(shi)承擔疏鹽功(gong)能時(shi)(shi),需(xu)平衡最小流量(liang)調節與疏鹽效率(lv)的(de)(de)關系(xi)。部(bu)分(fen)項(xiang)目中(zhong),再循環管(guan)道設(she)計為150、100或125口徑,而調節閥為滿足最小流量(liang)控制,常(chang)采用(yong)縮(suo)徑設(she)計(如6寸管(guan)道縮(suo)至(zhi)2.5寸),這會導(dao)致疏鹽速(su)度放緩(huan)、時(shi)(shi)間延(yan)長,增加凍鹽風險。因(yin)此(ci),需(xu)優化調節閥結構,確保在滿足最小流量(liang)調節的(de)(de)同時(shi)(shi),不影響疏鹽效率(lv)。


另(ling)一(yi)常(chang)見問題(ti)是振動引發的設備損壞。在(zai)(zai)SGS最(zui)(zui)小流量管道(dao)(dao)中,若采(cai)用電(dian)(dian)動截止(zhi)閥并將其當作調節閥使(shi)用,會因不(bu)可調節特性導致管道(dao)(dao)劇烈振動,進而(er)造成(cheng)電(dian)(dian)動執(zhi)行器(qi)與閥體(ti)的連接(jie)螺栓松(song)動,甚(shen)至(zhi)執(zhi)行器(qi)脫落。陳(chen)金環(huan)建議,SGS最(zui)(zui)小流量管道(dao)(dao)應優先設計為電(dian)(dian)動調節閥,若必須采(cai)用截止(zhi)閥,則需定(ding)期運維檢查,并在(zai)(zai)螺栓處加裝(zhuang)彈簧墊以增(zeng)強穩定(ding)性。


在該(gai)項目中,冷鹽(yan)泵再循環(huan)系統采用(yong)多級(ji)降壓調節(jie)閥,從10月調試至12月底并網的4個多月運(yun)行(xing)中未出現(xian)問(wen)題;而SGS最小流量(liang)管道(dao)因(yin)使用(yong)截止閥,出現(xian)了閥桿彎曲現(xian)象,經檢查發現(xian)是執行(xing)器松動導致受力偏移所致,后續通過整改(gai)已解決,為后續全容量(liang)量(liang)運(yun)行(xing)奠(dian)定(ding)了基礎。


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3

下塔熔鹽閥:破解大壓差下的振動、汽蝕與溫度波動難題


下塔熔(rong)鹽(yan)閥,尤(you)其(qi)是大壓差調節閥,是熔(rong)鹽(yan)系(xi)統中工況最復雜的設備之一(yi),需(xu)應(ying)對多種(zhong)運行場景(jing),其(qi)振動、噪音及耐溫性能直接影響系(xi)統安全。


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陳金環分(fen)析,大壓(ya)差調節(jie)閥的振動主要源(yuan)于三個方面:


一是(shi)調(diao)節(jie)閥內(nei)部元件(jian)(閥芯、閥桿、閥座(zuo))的機(ji)械振(zhen)動,多由介質(zhi)壓力波(bo)動、沖擊或(huo)導(dao)(dao)向間隙過(guo)大(da)引發(fa),若(ruo)振(zhen)動頻率與閥門(men)固有頻率接近,還可能產生共振(zhen),導(dao)(dao)致(zhi)零部件(jian)疲勞損壞;


二是液體動(dong)力振(zhen)動(dong),當(dang)熔(rong)鹽通過節流(liu)(liu)(liu)口時,因流(liu)(liu)(liu)通面(mian)積急劇(ju)變化(hua)易產生阻塞流(liu)(liu)(liu)、閃蒸和(he)空化(hua),加(jia)劇(ju)振(zhen)動(dong);


三是機(ji)械振動(dong)與渦流振動(dong),前者多因管(guan)道劇(ju)烈振動(dong)傳導(dao)至閥(fa)門,后者則由介(jie)質流速驟(zou)增(zeng)導(dao)致閥(fa)瓣(ban)振蕩,若與管(guan)道內壓力波耦合,會顯(xian)著加大振動(dong)與噪(zao)音。


該類閥(fa)門需(xu)適應(ying)充鹽、正(zheng)常運行、最大流量(liang)、額定流量(liang)、最小(xiao)流量(liang)、閥(fa)后(hou)壓力調節、突發天氣及疏鹽等多種工(gong)況(kuang)。其中,最小(xiao)流量(liang)工(gong)況(kuang)下(xia)閥(fa)前(qian)后(hou)壓差大,易引發沖(chong)涮和(he)汽(qi)蝕;突發天氣(如(ru)厚云層導致熔鹽溫度(du)瞬間(jian)降(jiang)低200℃以上(shang))和(he)疏鹽工(gong)況(kuang)(鹽溫從565℃驟(zou)降(jiang)至400℃左右)中,鹽溫的大幅波(bo)動對閥(fa)門穩定性挑(tiao)戰極大;閥(fa)后(hou)壓力調節工(gong)況(kuang)則要(yao)求閥(fa)門將壓力控制(zhi)在0.4MPa以下(xia),否則可能給(gei)熱罐帶來安全隱患(huan)。


為(wei)解(jie)決這些問題,北京佳(jia)潔能研發(fa)了循環換對流式盤片組合熔鹽大壓(ya)差調節(jie)閥(fa)。該閥(fa)門(men)通過(guo)熔鹽進口(kou)與(yu)出口(kou)等(deng)截(jie)面積設計避免(mian)流道堵塞(sai),利用盤片內(nei)部的轉彎與(yu)碰(peng)撞實(shi)現逐級降壓(ya)減(jian)速,有效(xiao)控制流速,減(jian)少沖涮和(he)汽蝕,同(tong)時消除振(zhen)動。


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在實際應(ying)用中,某(mou)項目(mu)的兩臺下塔大壓差調(diao)節閥運行穩定(ding),驗(yan)證(zheng)了該結構的可靠性。


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此(ci)外,陳金環還提到了大壓(ya)差調節(jie)閥(fa)的(de)(de)吹(chui)管(guan)(guan)問(wen)題。在佳潔能此(ci)前參(can)與的(de)(de)兩(liang)個項(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)中(zhong),曾出現渣滓卡死(si)盤(pan)片與閥(fa)芯導致執(zhi)行機(ji)構過力矩頂彎閥(fa)桿、流道堵塞的(de)(de)情況。為此(ci),公(gong)司在國電投鄯善項(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)和新華博州項(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)中(zhong),采用(yong)(yong)“專用(yong)(yong)吹(chui)管(guan)(guan)內件(jian)(jian)”方(fang)案,即出廠時(shi)安裝(zhuang)臨時(shi)內件(jian)(jian)用(yong)(yong)于吹(chui)管(guan)(guan),完(wan)成后再更(geng)換(huan)實際運行內件(jian)(jian);他同時(shi)建議,有條件(jian)(jian)的(de)(de)項(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)可借鑒火電吹(chui)管(guan)(guan)做法,先用(yong)(yong)直(zhi)管(guan)(guan)或軟連接替代調節(jie)閥(fa)完(wan)成吹(chui)管(guan)(guan),再焊(han)接閥(fa)門,以減少(shao)雜(za)質影響。


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對于熔鹽(yan)進冷(leng)(leng)(leng)鹽(yan)罐和熱(re)鹽(yan)罐的開關(guan)(guan)閥,陳(chen)金環強調了其密封與耐溫要求。進冷(leng)(leng)(leng)鹽(yan)罐開關(guan)(guan)閥在突發工況或疏(shu)鹽(yan)時需(xu)(xu)承受(shou)閥前熱(re)鹽(yan)與閥后冷(leng)(leng)(leng)鹽(yan)的溫差沖擊(ji),曾出現過兩次(ci)閥桿(gan)彎(wan)曲問題(ti),需(xu)(xu)通過優化閥桿(gan)材質(zhi)及(ji)調試(shi)工藝解(jie)決;進熱(re)鹽(yan)罐開關(guan)(guan)閥若內漏,會導(dao)致冷(leng)(leng)(leng)鹽(yan)混入(ru)熱(re)鹽(yan)罐降低溫度,影響SGS出力,因此(ci)需(xu)(xu)杜(du)絕采用三偏心(xin)金屬密封蝶閥,確保密封可靠性。


4

熔鹽泵出口止回閥:優化結構消除安全隱患


熔鹽(yan)泵(beng)出(chu)口(kou)止(zhi)回閥是防(fang)止(zhi)熔鹽(yan)倒流、保(bao)障泵(beng)體安全(quan)的關鍵(jian)設(she)備(bei),傳統結(jie)(jie)構(gou)存在諸多弊端(duan)。陳金環對比了不同類型止(zhi)回閥的性能(neng),指出(chu)汽水旋(xuan)啟式(shi)止(zhi)回閥存在結(jie)(jie)構(gou)死角,閥體底部易(yi)積(ji)鹽(yan)結(jie)(jie)垢,影響閥瓣動作;且閥瓣行程達90°,采用平面密封(feng),停(ting)泵(beng)時閥瓣與閥座撞擊易(yi)損壞密封(feng)面,極端(duan)情(qing)況下,系統突然停(ting)泵(beng)產(chan)生(sheng)的巨大(da)剪切力可能(neng)導致閥蓋飛(fei)出(chu),存在嚴重安全(quan)隱患。


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冷(leng)鹽泵(beng)出口(kou)熔鹽止回閥--氣動快關三(san)偏心蝶(die)閥


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冷鹽泵(beng)出口熔鹽止回(hui)(hui)閥--汽水旋啟式止回(hui)(hui)閥結(jie)構


為(wei)此,北(bei)京(jing)佳(jia)潔能研發了(le)熔鹽專用(yong)止回(hui)閥(fa),其(qi)(qi)閥(fa)瓣行(xing)程縮短至60°,采用(yong)錐面密(mi)封(feng),配合搖桿90%位置(zhi)的(de)阻尼設(she)計,大(da)(da)幅(fu)降(jiang)低了(le)密(mi)封(feng)面損(sun)壞風險;同時(shi),通(tong)過增加四(si)開環密(mi)封(feng)結構,將突然停泵時(shi)的(de)介質(zhi)剪切力(li)大(da)(da)部(bu)分(fen)轉移至閥(fa)體,徹底消除了(le)閥(fa)蓋飛(fei)出的(de)隱患。該止回(hui)閥(fa)在(zai)敦煌首航(hang)100MW項目中已穩定運行(xing)近五年,未出現(xian)任(ren)何故障(zhang),驗證了(le)其(qi)(qi)可靠性。


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冷鹽(yan)泵出口(kou)熔(rong)鹽(yan)止(zhi)回(hui)閥--熔(rong)鹽(yan)專(zhuan)用止(zhi)回(hui)閥


5

實踐驗證:國產化替代與用戶認可


陳(chen)金(jin)環在(zai)報(bao)告中(zhong)還分(fen)享了公司(si)的(de)業績與用(yong)(yong)戶反饋,彰顯了國產熔(rong)鹽閥的(de)實力。截(jie)至目(mu)前,北京佳潔能的(de)熔(rong)鹽閥已在(zai)中(zhong)科(ke)院上海應(ying)用(yong)(yong)物理研究所熔(rong)鹽項(xiang)目(mu)、蘭州大成敦煌50MW項(xiang)目(mu)、首航高科(ke)100MW項(xiang)目(mu)改(gai)造等20余個項(xiang)目(mu)中(zhong)應(ying)用(yong)(yong),累計供貨超(chao)800臺,涵蓋截(jie)止閥、調節閥、大壓差閥、止回(hui)閥等多個品類【詳見下圖】。


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在敦(dun)煌首航節能項(xiang)目中,原使用(yong)的進(jin)口閥(fa)門因頻(pin)繁出(chu)現閥(fa)桿漏鹽、內漏嚴重等(deng)問題(ti)被更換(huan)為北京佳潔能的產(chan)品,自(zi)2019年5月(yue)(yue)投用(yong)以(yi)來運(yun)行(xing)良好,證明國產(chan)熔鹽閥(fa)完全可替代進(jin)口產(chan)品;敦(dun)煌大成聚(ju)光熱電50MW項(xiang)目中,其提(ti)供的自(zi)緊式(shi)偏心熔鹽金(jin)屬密(mi)封蝶閥(fa),在2024年5月(yue)(yue)安(an)(an)裝后(hou)安(an)(an)全運(yun)行(xing)3個月(yue)(yue),無(wu)任何缺陷。


此外,北京佳潔能還參與了能源行業《光伏(fu)與熔鹽(yan)儲能一體化發電工(gong)程設計導則》、團體標準《高溫熔鹽(yan)截止閥技術要求》等多項標準的(de)制(zhi)定,彰(zhang)顯了其(qi)在行業內的(de)技術影響力(li)。


陳金(jin)環表示,這些實踐經(jing)驗(yan)與用(yong)戶認可(ke),不僅(jin)驗(yan)證了(le)國(guo)產熔鹽閥的(de)可(ke)靠性,也(ye)為光(guang)熱電站(zhan)熔鹽系統的(de)設計、運(yun)行與運(yun)維提供了(le)寶貴參考,未來公司將持續優化(hua)產品,為光(guang)熱發電設備(bei)國(guo)產化(hua)貢(gong)獻更多力量。

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