1 overview

Регулирующие клапаны широко применяются в трубопроводных системах тепловых электростанций для регулирования расхода и давления рабочей среды. Их эксплуатационные параметры характеризуются высокими значениями, а в процессе эксплуатации используется система диспетчерского управления (DCS). При изменении условий эксплуатации каждая система должна обеспечивать высокую стабильность и координацию. Поэтому анализ режимов работы и функциональных характеристик с учётом характеристик потока и параметров условий эксплуатации имеет важное практическое значение при выборе регулирующих клапанов для энергетических установок.

2 Принцип регулировки

Регулирующий клапан эквивалентен дросселю с переменным сопротивлением в трубопроводе. При прохождении рабочей среды она должна преодолевать это сопротивление и расходовать определённое количество энергии, что приводит к снижению скорости и давления потока, тем самым обеспечивая регулирование расхода и давления рабочей среды. Параметрами, отражающими конструктивные и эксплуатационные характеристики регулирующего клапана, являются коэффициент расхода Kv, характеристика расхода, условное давление, условный диаметр и степень открытия заслонки. При этом характеристика расхода определяет его регулирующие свойства и играет ключевую роль в стабильной работе всей системы.

В зависимости от соотношения между относительной скоростью потока через клапан и его относительным открытием поток среды можно классифицировать как линейный, с равномерным процентным изменением расхода, параболический и быстро открывающийся (рис. 1).

Рис. 1 Кривая характеристики потока

Клапаны с линейной характеристикой расхода при открытии обеспечивают значительное относительное изменение расхода, обладают высокой чувствительностью и трудны в регулировании; при увеличении степени открытия относительное изменение расхода становится незначительным, а регулирование замедляется. Характеристика равноперцентильного расхода заключается в том, что при малой степени открытия коэффициент усиления регулирующего клапана невелик, что обеспечивает стабильное и плавное регулирование; при большой степени открытия коэффициент усиления возрастает, что делает регулирование более чувствительным и эффективным. Параболическая характеристика расхода занимает промежуточное положение между линейной и равноперцентильной характеристиками. Быстроразжимная характеристика расхода характеризуется большим расходом при малой степени открытия: по мере увеличения степени открытия расход быстро достигает максимального значения, после чего дальнейшее увеличение степени открытия приводит лишь к незначительному изменению расхода.

3 selection

3.1 Регулирующий клапан конденсата при высокой и низкой нагрузке

Регулирующий клапан конденсата при низкой нагрузке поддерживает уровень воды в деаэраторе до пуска агрегата и способен обеспечивать 40% его нагрузки. Когда степень открытия регулирующего клапана конденсата при низкой нагрузке достигает 87,5%, включается регулирующий клапан конденсата при высокой нагрузке, который также участвует в регулировании системы конденсата. При загрузке агрегата на 50% и если степень открытия регулирующего клапана конденсата при высокой нагрузке составляет менее 10%, уровень воды в горячем коллекторе конденсатора становится трудно контролируемым. В процессе остановки агрегата необходимо обеспечить герметичность клапана при высокой нагрузке. В то же время пропускная способность этого клапана должна учитывать возможные отказы клапана при низкой нагрузке, сбои рециркуляции конденсата и утечки в системе. В зависимости от режима эксплуатации характеристика расхода регулирующего клапана конденсата при низкой нагрузке должна быть линейной, а характеристика расхода регулирующего клапана конденсата при высокой нагрузке — равнопроцентной.

3.2 Клапан управления подачей воды

Во время эксплуатации регулирующий клапан подачи воды электронасоса обеспечивает поддержание нормального уровня воды в паровом барабане при низкой нагрузке агрегата; при достижении 40% номинальной нагрузки он переключается на работу парового насоса. Однако в условиях высокой нагрузки, в случае отключения парового насоса, электронасос должен быть способен быстро подавать воду в процессе пуска для стабилизации уровня и давления воды в паровом барабане. Поэтому к регулирующему клапану подачи воды предъявляются требования высоких регулировочных характеристик; следует применять линейную характеристику регулирования (если использовать характеристику равномерного процента, клапан будет медленно открываться в течение 2–3 с при пуске электронасоса, что приведёт к невозможности стабилизации уровня воды в паровом барабане и необходимости ручного регулирования режима работы; одновременно это существенно повышает требования к характеристикам гидравлической муфты). Пропускная способность регулирующего клапана подачи воды должна соответствовать расходу воды при 50% номинальной нагрузки агрегата.

3.3 Клапан управления рециркуляцией парового насоса

Установленное значение расхода рециркуляции парового насоса составляет 25% от номинального расхода этого насоса. Когда расход парового насоса находится в диапазоне от 25% до 30% от номинального, степень открытия регулирующего клапана рециркуляции парового насоса составляет 25%; при превышении расхода парового насоса 25% от номинального расхода регулирующий клапан рециркуляции парового насоса закрывается. Если расход парового насоса ниже 25% от номинального, степень открытия регулирующего клапана рециркуляции парового насоса изменяется в пределах от 25% до 100%. В диапазоне от 0 до 25% клапан открывается быстро, а его характеристика регулирования является линейной, что позволяет избежать необходимости частого регулирования клапана рециркуляции парового насоса при малых значениях степени открытия и, соответственно, предотвращает эрозионное воздействие потока на внутренние элементы клапана.

3.4 Клапан управления нагревателем

Для некоторых аварийных ситуаций предохранительный регулирующий клапан проектируется с характеристикой быстрого открытия. При чрезмерно высоком уровне воды в подогревателе или при выходе из строя штатного предохранительного регулирующего клапана аварийный предохранительный регулирующий клапан полностью открывается, что приводит к работе подогревателя без контроля уровня воды, ухудшению экономичности, интенсивному коррозионному воздействию щёлочью и значительным вибрациям внутренней трубопроводной системы. Поэтому рекомендуется настраивать аварийный предохранительный регулирующий клапан по линейному закону: при утечке из подогревателя он может быстро открываться для обеспечения требуемого расхода, а степень утечки можно оценивать по степени открытия этого клапана. В случае выхода из строя штатного предохранительного регулирующего клапана аварийный предохранительный регулирующий клапан может быть задействован в регулировании, чтобы обеспечить нормальное удержание воды в подогревателе. Как правило, пропускная способность предохранительного регулирующего клапана составляет 1,5–3 раза больше, чем у штатного предохранительного регулирующего клапана.

3.5 Регулирующий клапан уплотнения вала

В условиях пуска и при нагрузке агрегата на 50% в систему уплотнения вала подаётся вспомогательный пар. Система уплотнения вала оснащена регулирующим клапаном подачи пара, предохранительным сбросным клапаном давления и регулирующим клапаном подачи охлаждающей воды для снижения температуры. При нагрузке агрегата свыше 50% от номинальной подача пара через регулирующий клапан системы уплотнения вала прекращается, поскольку расход утечки пара через шток основного клапана уже обеспечивает потребности системы уплотнения вала. Предохранительный сбросной клапан давления системы уплотнения вала используется для регулирования, после чего система уплотнения вала переходит в режим самоподдержания герметичности. Поскольку система уплотнения вала главного привода оказывает влияние на безопасность работы самого привода, слишком высокое давление в системе уплотнения вала может легко привести к попаданию воды в систему смазочного масла, тогда как недостаточно высокое давление в системе уплотнения вала, напротив, вызывает понижение вакуума в агрегате. В целях предотвращения чрезмерных колебаний давления в системе уплотнения вала во время эксплуатации и избежания ненужных простоев, обусловленных выходом клапанов из строя, рекомендуется выбирать равнопроцентные характеристики расхода для регулирующего клапана системы уплотнения вала и дополнительно предусмотреть функцию ручного управления. Применение регулирующих клапанов в трубопроводных системах тепловых электростанций приведено в таблице 1.

Таблица 1 Применение каждого регулирующего клапана в системе

4 Conclusion

В соответствии с режимом эксплуатации и принципом работы системы разумный выбор характеристик расхода регулирующего клапана позволяет добиться его высокой регулирующей эффективности, снизить потери энергии рабочей среды, продлить срок службы клапана, уменьшить трудоёмкость работы операторов, снизить уровень шума в окружающей среде, повысить экономичность агрегата и обеспечить его безопасную и стабильную работу.