Во время эксплуатации регулирующий клапан питательной воды электрического насоса обеспечивает поддержание нормального уровня воды в паровом барабане при низких нагрузках энергоблока. При достижении нагрузки 40% система автоматически переключается на работу паровым приводным насосом. Однако в условиях высокой нагрузки, в случае отключения парового приводного насоса, электрический насос должен быть способен оперативно подавать воду в период пуска, обеспечивая стабильный уровень воды и давление в паровом барабане. Поэтому от регулирующего клапана питательной воды требуется отличная регулирующая характеристика — в частности, линейная характеристика регулирования. (Если бы вместо этого использовалась характеристика равнопроцентного типа, клапан открывался бы на 2–3 секунды медленнее при пуске электрического насоса, что привело бы к нестабильному уровню воды в паровом барабане и вынуждало бы операторов вручную корректировать режим работы системы. Кроме того, это предъявляло бы чрезвычайно высокие требования к характеристикам гидравлической муфты.) Пропускная способность регулирующего клапана питательной воды также должна соответствовать требуемому расходу питательной воды при 50% нагрузки энергоблока.

В трубопроводных системах тепловых электростанций регулирующие клапаны широко применяются для управления расходом и давлением рабочих сред. Эти клапаны эксплуатируются в условиях высоких параметров и, как правило, управляются с помощью системы управления технологическим процессом (DCS) в ходе эксплуатации. При изменении условий работы крайне важно обеспечить высокую стабильность и согласованность работы каждой системы. Поэтому анализ режимов эксплуатации и их влияния — с учётом характеристик потока и параметров технологического процесса — является ключевым для разработки рекомендаций по выбору оптимальных регулирующих клапанов для применения на электростанциях.

2 Принцип настройки

Регулирующий клапан в трубопроводе выступает в качестве дроссельного элемента с переменным сопротивлением. При прохождении через него рабочей среды она должна преодолевать это сопротивление, затрачивая при этом определённое количество энергии. В результате происходят потери скорости и напора жидкости, что в конечном счёте обеспечивает точное регулирование расхода и давления. Ключевые параметры, отражающие конструктивные и эксплуатационные характеристики регулирующего клапана, включают коэффициент расхода Kv, характеристику расхода, номинальное давление, номинальный диаметр и степень открытия клапана. При этом характеристика расхода непосредственно определяет регулирующую способность клапана и играет решающую роль в обеспечении стабильной работы всей системы.

В зависимости от соотношения между относительным расходом клапана и его относительным открытием поток среды можно классифицировать как линейные характеристики расхода, характеристики равноперепадного расхода, параболические характеристики расхода и характеристики быстрого открывания (Рис. 1).

Рис. 1: Кривая характеристики потока

Клапаны с линейной характеристикой расхода демонстрируют значительные относительные изменения расхода при небольших открытиях, что делает их весьма чувствительными, но одновременно трудными для точного регулирования. Напротив, при больших открытиях относительное изменение расхода уменьшается, что приводит к замедлению времени отклика. С другой стороны, клапаны с равнопроцентной характеристикой расхода обладают низким коэффициентом усиления при малых открытиях, что обеспечивает плавное и постепенное регулирование; при более крупных открытиях коэффициент усиления возрастает, что позволяет осуществлять быстрые и эффективные корректировки. Параболическая характеристика расхода занимает промежуточное положение между линейной и равнопроцентной характеристиками. Наконец, клапаны с быстрым открытием обеспечивают значительный расход даже при минимальных открытиях; по мере дальнейшего увеличения степени открытия расход быстро приближается к своему максимальному значению, после чего дальнейшее увеличение степени открытия приводит лишь к незначительным изменениям расхода.

3 варианта на выбор

3.1 Клапаны управления конденсатом при высокой и низкой нагрузке

Регулирующий клапан конденсата при низкой нагрузке поддерживает уровень воды в деаэраторе до пуска агрегата и способен обеспечить его работу на 40% мощности. Когда степень открытия регулирующего клапана конденсата при низкой нагрузке достигает 87,5%, начинает открываться регулирующий клапан конденсата при высокой нагрузке, включаясь в систему регулирования расхода конденсата. Однако если при 50%-ной нагрузке агрегата степень открытия регулирующего клапана конденсата при высокой нагрузке составляет менее 10%, становится затруднительным поддержание надлежащего контроля уровня воды в горячем коллекторе конденсатора. Во время остановки агрегата клапан при высокой нагрузке должен оставаться плотно закрытым. Кроме того, пропускная способность клапана при высокой нагрузке должна учитывать возможные проблемы, такие как отказ регулирующего клапана при низкой нагрузке, неисправности системы рециркуляции конденсата и утечки в системе. В зависимости от режима эксплуатации характеристика расхода регулирующего клапана конденсата при низкой нагрузке должна быть линейной, тогда как характеристика расхода регулирующего клапана конденсата при высокой нагрузке — следовать кривой равнопроцентного регулирования.

3.2 Клапан управления подачей воды

Во время работы электрический питательный насос с помощью регулирующего клапана подачи питательной воды поддерживает нормальный уровень воды в паровом барабане при низких нагрузках энергоблока. При достижении нагрузки 40% система автоматически переключается на работу паровым приводным насосом. Однако в условиях высокой нагрузки, если паровой приводной насос отключится, электрический насос должен быть способен быстро обеспечить подачу воды при пуске, что гарантирует стабильный уровень воды и давление в паровом барабане. Поэтому от регулирующего клапана подачи питательной воды требуется отличная регулирующая характеристика — в частности, линейная характеристика регулирования. (Если бы вместо этого использовалась характеристика равнопроцентного типа, клапан открывался бы на 2–3 секунды медленнее при пуске электрического насоса, что привело бы к нестабильному уровню воды в паровом барабане и вынудило бы операторов вручную корректировать работу системы. Кроме того, это предъявляло бы чрезвычайно высокие требования к характеристикам гидравлической муфты.) Пропускная способность регулирующего клапана подачи питательной воды также должна соответствовать требуемому расходу питательной воды при 50% нагрузки энергоблока.

3.3 Клапан управления рециркуляцией парового насоса

Заданное значение расхода рециркуляции парового насоса устанавливается на уровне 25% номинального расхода этого насоса. Когда расход парового насоса находится в диапазоне от 25% до 30% номинального расхода, регулирующий клапан рециркуляции парового насоса открывается на 25%. Однако если расход парового насоса превышает 25% номинального расхода, клапан рециркуляции полностью закрывается. Напротив, при снижении расхода парового насоса ниже 25% номинального расхода клапан рециркуляции постепенно увеличивает своё открытие — от 25% до 100%. В диапазоне от 0% до 25% клапан обладает характеристикой быстрого открытия с линейным характером регулирования, что предотвращает износ его деталей вследствие чрезмерного абразивного воздействия при очень малых степенях открытия.

3.4 Клапан управления отопителем

Для некоторых агрегатов аварийные сливные регулирующие клапаны проектируются с характеристикой быстрого открытия. При повышении уровня воды в подогревателе выше допустимого или при выходе из строя обычного сливного регулирующего клапана аварийный сливной клапан полностью открывается, в результате чего подогреватель начинает работать без контроля уровня воды — что приводит к снижению КПД, интенсивной эрозии паром и водой, а также к значительным вибрациям в системе внутренних трубопроводов. Поэтому рекомендуется выбирать аварийный сливной регулирующий клапан с линейной характеристикой. Такая конструкция позволяет клапану быстро открываться в ответ на утечки из подогревателя, обеспечивая достаточный расход при одновременном точном определении скорости утечки по степени его открытия. Кроме того, при неисправности обычного сливного регулирующего клапана аварийный сливной клапан может взять на себя функцию поддержания надлежащего сброса, тем самым защищая работу подогревателя. Как правило, пропускная способность аварийного сливного клапана в 1,5–3 раза превышает пропускную способность обычного сливного регулирующего клапана.

3.5 Управляющий клапан уплотнения вала

Во время пуска и при нагрузке 50% турбинная установка снабжается вспомогательным паром для системы уплотнения вала. Система уплотнения вала включает регулирующий клапан подачи пара, предохранительный клапан сброса давления и регулирующий клапан десупернасыщения воды, а также другие элементы. При превышении нагрузки установки 50% регулирующий клапан подачи пара в систему уплотнения вала закрывается, поскольку утечка пара из штока главного парового клапана теперь в достаточной мере удовлетворяет требованиям к уплотнению вала. В этот момент система полагается на предохранительный клапан сброса давления уплотнения вала для тонкой настройки, что позволяет системе уплотнения вала работать в режиме самоподдержания герметичности. Поскольку система уплотнения вала основной установки непосредственно влияет на безопасность эксплуатации — избыточное давление в системе уплотнения вала может привести к попаданию воды в систему смазочного масла, тогда как недостаточное давление — к снижению уровня вакуума — крайне важно поддерживать стабильные условия. Чтобы предотвратить ненужные остановки оборудования, вызванные чрезмерными колебаниями давления или неисправностями клапанов в процессе эксплуатации, рекомендуется выбирать регулирующий клапан системы уплотнения вала с характеристикой равнопроцентного расхода и предусматривать возможность ручного управления. Для справки в Таблице 1 приведены примеры применения регулирующих клапанов в трубопроводных системах тепловых электростанций.

Таблица 1: Применение каждого регулирующего клапана в системе

4 Заключение

На основе режима эксплуатации и принципов работы системы надлежащий выбор характеристик расхода регулирующих клапанов позволяет улучшить их регулирующие характеристики, снизить потери энергии рабочей среды, продлить срок службы клапанов, облегчить труд операторов, минимизировать уровень шума в окружающей среде, повысить эффективность установки и обеспечить безопасную и стабильную работу агрегата.