再热器疏水阀流体性能的分析

于海波，国金莲

（哈尔滨锅炉厂容器工程公司，黑龙江 哈尔滨 150046）

0 概 述

我国的主要能源是煤炭，常规火电占总电力装机容量的70%以上。根据国家产业政策，超超临界机组已成为火电的主流机组，到2020年，将占火电机组总装机容量的70%。

疏水阀作为火电机组的常用阀门，在超超临界机组配套工程中的需求量很大。疏水阀工作在较恶劣的工况下，阀座等内部零件易被冲刷损坏，产生磨痕或深沟，严重时甚至会造成阀杆的断裂，严重影响了阀门的正常使用，降低了阀门的使用寿命。

1 防冲刷和闪蒸的结构设计

阀门的工作介质是汽水混合物，出口端的压力较低，介质会对阀门产生很大的冲刷与热冲击。同样，在疏水阀内及其出口管道内会产生强烈的闪蒸。伴随着管道的扩容，还有可能产生一定程度的气蚀。在这种恶劣的工况下，如何防止冲刷、闪蒸对疏水阀内部件的破坏，是阀门设计过程中较大的技术难题。

阀体中流道与节流套，如图1所示。为防止因冲刷和闪蒸对阀门关键部位的损坏，特别是对密封面的影响，可从几个方面考虑防止冲刷与闪蒸的方法。

图1 阀体部分与节流套部分

（1）采用双密封副结构。在阀门小开度的情况下，采用牺牲副密封的方法，以确保主密封面不被冲刷。

（2）在阀门大开度情况下，合理分配介质的压降。采用流阻较小的Y形截止阀结构，减小阀门本体内流阻，从而减小介质在阀门本体内的压降，降低阀门本体内的闪蒸与冲刷。

在阀门的进出口处，加装节流孔板装置，使阀门流道内的压降，分级分摊到各节流部件上，使闪蒸与冲刷远离密封面，以确保密封面不会被损坏。

在饱和度低、压差高的工况下，可采用多级节流，以防止气蚀的产生。

节流孔板的设计需通过严谨的分析与计算，确保其流通能力满足系统的需求，同时采用多级节流，控制每一级的压降都在临界压力比以下。节流孔板的形状，布孔位置、每级间距经计算后确定，可限制每级节流过程中气蚀现象的产生。

当阀门受几何尺寸或管道口径限制时，不宜进行多级节流，可采用二级节流，并采用耐冲刷和气蚀的材料，设计成方便更换的阀门内件结构，以确保阀门本体安全，降低检修周期，延长阀冂的使用寿命。对于工作在严酷工况下的疏水阀，阀门内件的材料选择尤为重要。

（3）采用以经验设计为辅，以流体动力学的理论分析为基础，用两相流与相变分析为主的设计方法，确保阀门的结构设计能满足系统设定目标。

2 流动特性分析

图2为介质的速度流线图、图3为局部速度流线图、图4为压力变化图。从图2～图4可知：

（1）介质在阀体内的流道特性十分好，基本呈直线流动，没有较大角度的流道变形，介质也没有出现明显的流速变化。

（2）介质在节流套内会有明显的流速变化，其中的最大流速属于正常流速：R＝23.71／2.21442＝10.707倍，这个流速变化会对节流套内小孔（图3中的深色部位）产生很大的冲刷。但不会对阀门的性能产生影响。

（3）除了在阀体中腔以及出口支管下端会产生涡流外，在节流套内及节流后的压力恢复区也会产生涡流。从图2所示的流线上可知，节流套内的涡流强度明显高于阀体内的涡流强度。

3 局部冲刷与闪蒸分析

从图5可知，按分析所得的入口平均流速3.452 34，该阀门的冲刷速度比率（最大速度与平均速度比）为：，最大速度出现在第二级节流孔位置。但第一级与第三级的孔内流速与第二级孔内流速相当，所以，冲刷强度也相当。

图5 局部速度流线图

图6为饱和蒸汽含量的等比例线，其中线密集的部位将反应出闪蒸的大小。从图6可知，节流孔内的闪蒸最为强烈。

图6 第二级节流孔位置蒸汽含量变化图

从图7可以得到第二级节流孔位置的蒸汽比例曲线，曲线梯度大小反映了闪蒸的大小。根据其斜率，每cm大约有（质量分量）的饱和水汽化，闪蒸强度很高。

图7 蒸汽含量等比例线

图8为节流套内的平均气化比例。从最后一级扩容位置到出口处，蒸汽比例降低，由7.468%下降至7.346%。将相应产生较少量的气蚀现象。

通过严格的仿真分析，该阀在大开度的情况下，所有闪蒸与冲刷均发生在节流装置上，这样就可保护阀体内关键部位不被冲刷。经仿真分析，在阀门全开的状态下，阀门出口处将有约45%的饱和水转化为蒸汽，但在阀体内仅有不到1%的闪蒸发生。

图8 节流套内蒸汽比例图

4 结 语

通过计算分析，疏水阀受介质冲刷和闪蒸的影响很严重，也是不可避免的，但可在结构设计时进行预防。因此，在设计疏水阀过程中，采用合理的结构形式，合适的部件材料，有效地分配压差，就可有效减小冲刷和闪蒸现象的产生，改善疏水阀的使用性能和提高使用寿命。