1 概述

    600MW超臨界機組的給水系統配備2臺50%容量的汽動給水泵和1臺啟動電動給水泵，給水泵設計出口水壓為30～31MPa。給水泵出口配備的再循環調節閥采用連續調節的方式，原配套為7層級減壓籠罩式調節閥，使用后經常出現閥瓣組件破壞性損壞。根據實際的使用情況更換為國產迷宮芯包式調節閥，保證了系統正常運行。

    2 多級減壓籠罩式調節閥

    多級減壓籠罩式調節閥運行約5個月后開始出現嚴重的內漏現象，使給水泵能耗損失增加，通過對閥門解體檢驗，其籠罩、閥瓣和閥座等均有氣蝕和沖刷造成的損壞。

    2.1 籠罩

    多級減壓籠罩式調節閥采用多級減壓的節流型式，其節流減壓能力有限，減壓過程中出現流速突增，減壓期間使介質壓力低于汽化壓力，產生嚴重的氣蝕現象，不能從根本上消除閥門開啟時的氣蝕。由于設計的節流方式和節流減壓能力不能滿足實際運行工況要求，導致減壓籠罩受到嚴重的氣蝕和沖刷破壞（圖1），使其在實際的運行中完全喪失節流減壓作用。

圖1 籠罩氣蝕狀況

    2.2 閥瓣

    在機組調峰時，給水泵流量過小，需要開啟再循環調節閥，提高給水泵的流量，便于給水控制。在該階段，由于閥門開度相對較小（一般控制開度15%～20%），閥門動作次數增加，閥瓣組件承受沖刷的時間長，加劇閥瓣密封面部位的氣蝕破壞，閥門內漏加劇。閥門關閉時，給水壓力較高，閥瓣內漏導致的氣蝕更為嚴重，造成閥瓣密封面的進一步破壞（圖2）。

圖2 籠罩式調節閥閥瓣氣蝕狀況

    2.3 閥座

    閥座由非金屬材料組裝，其與基座的配合強度在小開度工況下（即使設定最小開度的情況），易受汽水沖刷、空化而逐步脫落，造成關閉不嚴（圖3）。

圖3 籠罩式調節閥閥座氣蝕狀況

圖4 流體經過閥瓣部位時的頸縮現象

    2.4 氣蝕

    流體通過調節閥時，壓力P₁、流速V₁的介質流動到閥瓣部位，閥瓣與閥座產生節流和頸縮現象（圖4），速度迅速增加至V₂，壓力降低至P₂，低于該介質的飽和蒸汽壓力P_V，介質汽化形成氣泡。當介質流過閥瓣和閥座的頸縮部位后，由于通道改變，壓力回升動能轉換為勢能，壓力回復為P₃，速度回復為V₃（圖5），當壓力超過介質的飽和蒸汽壓力_PV時，形成的氣泡就會發生破裂，產生極強的局部壓力。氣泡破裂時產生的巨大能量在瞬間對閥瓣、閥座等節流元件產生破壞，在A區域（圖5）形成氣蝕。

圖5 介質通過調節閥壓力變化曲線

    由于氣蝕時產生的表面破壞力太大，僅提高閥瓣組件的硬度不能從根本上解決氣蝕現象造成的后果，籠罩式調節閥的閥瓣組件全部進行表面硬化處理，雖然組件的表面硬度已經達到58～60HRC，但整個閥門在使用約5個月后然會出現較嚴重的內漏現象，每年檢查均發現閥瓣組件嚴重的損壞。

    多級減壓籠罩式調節閥的閥瓣、籠罩和閥座屬于整體加工成型并進行熱處理，在閥瓣組件損壞后無法進行完好修復處理，即使修復后由于存在異種鋼高硬度焊接問題，其使用效果更差。

    3 迷宮芯包式調節閥

    迷宮芯包式調節閥的減壓閥瓣采用多層迷宮式盤片加工成減壓件，盤片內加工多個平行流道，且有一定數量的直角轉彎（圖6），每個流道均可以起到降低介質流速的作用。芯包內側設計有圍堰結構（圖7），以均勻閥瓣周圍的壓力，保持閥瓣的對中。流體相互作用，降低流體流速，避免高壓液體對閥座的沖刷。在流體經過流道時速度降低，使得經過芯包的介質流速始終控制在30m/s以內（流速30m/s以內的流體對節流原件的沖蝕作用為最小）。使得介質的壓力始終保持高于介質的汽化壓力PV（圖6），從根本上消除氣蝕現象，保證閥瓣組件使用時的安全性。

圖6 迷宮式調節閥芯包及盤片的減壓原理

圖7 迷宮式調節閥閥瓣包的盤片和圍堰結構

    迷宮式調節閥在超臨界機組上安裝使用，閥門前后最大壓差為30MPa、介質為水、溫度180℃，布置于除氧器上部，連續調節使用。閥門使用13個月后，其芯包狀況良好，沒有任何損壞，不需要進行維修。閥瓣和閥座密封面部位在使用8個月后沒有任何損壞，在13個月后出現較明顯的氣蝕現象，但不影響閥門的正常開關，現場檢驗其內漏量微小。由于閥瓣整體采用司太立硬質合金堆焊加工成型，當閥瓣、閥座出現損傷時，可以重新堆焊加工修復。相對于籠罩式調節閥的整套閥瓣組件更換，維修費用低，并可在線快速更換。

    4 結語

    迷宮芯包式調節閥采用多層迷宮盤片降壓，限制介質流速，保持介質壓力始終在汽化壓力之上，消除了介質流經調節閥時出現的氣蝕現象。芯包內采用圍堰結構，使閥瓣周圍壓力均勻，避免了介質對閥座的直接沖刷。密封面堆焊司太立合金，使密封面能長期工作且方便維修。迷宮芯包式調節閥可以用做超臨界機組給水泵再循環閥。