基于新型中压调节阀设计的供热调节设计.pdf
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1、第30卷 第10期2023年10月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.10基于新型中压调节阀设计的供热调节设计王 瑞(重庆川仪调节阀有限公司,重庆 400707)摘 要:平均压力约为 4.0MPa 的蒸汽被广泛应用于化工工艺中,在许多工业加热应用中,蒸汽通常被用作汽轮机的主要动力源。在邻近的工业用地改造现有的大容量中压加热汽轮机,可以从外部产生大量中压蒸汽,因为它需要一个中压控制阀来调节热输入。这种供热改造可有效实现渐进式能源回收,是支持早日实现去碳化和碳中和目标的可靠技术途径之一。为了提高阀门加热的控制能力和可靠性,引进了一种新型离心控制阀,用于此类供热改造
2、和新的离心供热项目。结果表明:新型中压控制阀以传统阀门的高效控制作用为基础,当阀门打开时,流场会略微增加,从而在一定程度上减缓了变化率,提高了控制精度。关键词:中压调节;阀门;供热调节中图分类号:TP273 文献标志码:AHeating Regulation Design Based on A New MediumWang Rui(ChongQing ChuanYi CONTROL CALVE CO.,LTD.,Chongqing,400707,China)Abstract:Steam with an average pressure of approximately 4.0 MPa is w
3、idely used in chemical processes and is commonly used as the primary power source for turbines in many industrial heating applications.Retrofitting an existing high-capacity medi-um-pressure heating turbine at a neighboring industrial site can generate large quantities of medium-pressure steam from
4、an external source,as it requires a medium-pressure control valve to regulate the heat input.This type of heating retrofit can effectively achieve progressive energy recovery and is one of the reliable technological pathways to support the early achievement of decarbonization and carbon neutrality g
5、oals.In order to improve the control and reliability of valve heating,we introduced a new centrifugal control valve for such heating retrofits and new centrifugal heating projects.The results show that the new medium-pressure control valve is based on the efficient control action of conventional val
6、ves,and that the flow field increases slightly when the valve is opened,thus slowing down the rate of change to a certain extent and improving the control accuracy.Key words:medium pressure regulation;valve;heating regulation收稿日期:2023-07-26作者简介:王瑞(1995-),男,陕西蓝田人,学士,助理工程师,应用技术工程师,从事机械设备研究与应用。DOI:10.3
7、969/j.issn.1671-1041.2023.10.002文章编号:1671-1041(2023)10-0004-040 引言4.0MPa 左右的中压蒸汽广泛应用于化工工艺中,高效中压汽轮机可通过与供热控制相连的中压控制阀向加热段输送大量中压蒸汽。这种供热改造项目的优点是投资少,施工时间短,利润高,市场前景好,推广价值大。后加热段供热改造的关键在于如何提高汽轮机中压调节阀的控制能力,以及如何确保供汽质量和可靠性1。在现有的再热汽轮机中,除个别机组的中压控制阀设计为参与热量输入外,大部分机组的中压控制阀在运行过程中并不独立参与负荷控制,其控制特性相对较差。在中压控制阀参与热输入控制的情况下
8、,由于必须对阀板进行调节以控制热输入流量和压力,因而阀门通常位于阀板上下游压差较大的小型或中型孔板上2。如果使用传统阀门来控制供热量,在供热条件下,阀杆有可能过度振动。如果大量改造项目在热泵过热段进行泵送,则必须更换特殊王 瑞基于新型中压调节阀设计的供热调节设计第10期5的控制阀。本文提出了一种主要可用于此类供热的新型阀门设计方法,并对典型供热条件下的流场进行了分析。1 中压调节阀的设计方案概述常见的涡轮控制阀设计包括几种主要类型,如图 1 所示。图 1(a)所示的球阀具有高流量系数和低阻力;图 1(b)所示的圆盘阀扩散角略小,由单个圆弧连接;图 1(c)所示的平底笛形阀的设计使碟形阀的底部减
9、少了对喉部蒸汽流动的影响。连接圆顶管线下方的尾部被完全阻断,阀板形成锥体的一部分3。试验表明,这种管路具有出色的抗振性、低脉动力和良好的稳定性,但阻力系数略高。图1(d)显示的是缺口阀“G1”型,其特点是这种执行机构将接触线部分从球面圆盘头上切断,并将其沿锥体部分固定,因此蒸汽流的脉动力介于图 1(b)和图 1(c)之间。大量流体力学和运行研究的数值结果表明,在上述类型的中小孔径调节阀中,阀板受到碰撞,出现滞流现象,阀座下出现图 2 所示的“气蚀区”,蒸汽流从阀板形成的环形流道汇聚到阀板上,空化区由此形成。在粘性作用下,空腔区的蒸汽继续被下游蒸汽流排出,而周围的蒸汽流继续渗透,充满空腔,形成非
10、静止流。随着阀门冲程的增大,空化区减小,流场分布趋于均匀,波动流逐渐转变为粘滞流。2 参与供热控制的中压调节阀设计新方案阀瓣下“空腔”区域的不稳定气流是造成喉管附近流体参数分布不均的主要原因,从而引起阀瓣和阀杆的振动。在中小孔径调节阀的运行过程中,空腔区域气流长时间的突然变化是衡量设计是否合适的重要标准。由于调节阀的设计尺寸较小,由气流力引起的阀瓣和阀杆的表面积也相图1 几种典型的阀碟与阀座型线Fig.1 Several typical valve disc and seat profiles图2 空穴区域示意图Fig.2 Schematic diagram of hole area应较小,因
11、而阀杆振动问题可能并不明显。随着设计尺寸的增大,由气流激振力引起的阀瓣和阀杆表面积也相应增大,中压控制阀的大尺寸设计会显著增加振动风险,这是因为冷凝器再热控制阀仅相对于主蒸汽控制阀开启,用于两级串联旁路的斜率控制,或有时参与低负荷控制(通常小于 30%的负荷)4。低负荷时,再热调节阀内压力低,阀板上下游压差小,蒸汽容积流量大,阀门开度相应大,流场分布趋于均匀,阀板和阀杆因蒸汽流动而产生的流量小。对于大流量热泵机组的热力部分,中压控制阀往往需要用中压孔板控制热流量和压力。再热部分的蒸汽排气会导致低压和中压气缸中的蒸汽流量减少,从而降低中压控制阀下游的压力,通常会增大阀门上的压差5。向加热装置供应
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