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近日，第十二屆中國(guó)國(guó)際光熱大會(huì)暨CSPPLAZA年會(huì)在浙江杭州召開，北京佳潔能新節(jié)能技術(shù)有限公司董事長(zhǎng)陳金環(huán)出席會(huì)議并發(fā)表主題報(bào)告，重點(diǎn)分享了公司參與某110MW塔式熔鹽光熱電站從調(diào)試到運(yùn)維過(guò)程中，關(guān)于熔鹽系統(tǒng)熔鹽閥門的設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

該項(xiàng)目中，北京佳潔能的供貨范圍廣泛，除吸熱器內(nèi)的熔鹽閥外，從冷泵出口、高旁、低旁到下降管、熱罐，再到熱罐出來(lái)的熱泵出口及SG系統(tǒng)，所有熔鹽閥均由其提供，覆蓋了疏鹽系統(tǒng)、熔鹽泵出口再循環(huán)系統(tǒng)、下塔熔鹽閥及熔鹽泵出口止回閥等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖：陳金環(huán)

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疏鹽系統(tǒng)熔鹽閥：聚焦凍鹽與疏鹽效率難題

疏鹽系統(tǒng)是熔鹽光熱電站的重要組成部分，涵蓋冷鹽罐、熱鹽罐及SGS系統(tǒng)的疏鹽環(huán)節(jié)。陳金環(huán)結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)分析了該系統(tǒng)中熔鹽閥的常見問(wèn)題及解決方案。

在該項(xiàng)目并網(wǎng)過(guò)程中，由于當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度低至零下二十多攝氏度，且伴隨大風(fēng)，電伴熱無(wú)法補(bǔ)償熱量損失，導(dǎo)致SGS系統(tǒng)的兩臺(tái)熔鹽疏鹽閥出現(xiàn)閥桿頂彎現(xiàn)象。停機(jī)檢查后發(fā)現(xiàn)，閥腔、管道及流道內(nèi)均存在凍鹽結(jié)塊。

圖：SGS系統(tǒng)疏鹽

陳金環(huán)指出，這一問(wèn)題的根源可從多方面追溯：

一是管道設(shè)計(jì)口徑過(guò)小，導(dǎo)致纏繞的電伴熱功率不足，難以抵御嚴(yán)寒環(huán)境下的溫度損失；

二是運(yùn)行時(shí)母管至疏鹽罐的管道熔鹽處于靜止?fàn)顟B(tài)，溫度降低后流速放緩，加之管道彎頭設(shè)計(jì)進(jìn)一步阻礙流動(dòng)，最終引發(fā)凍鹽；

三是關(guān)閉疏鹽閥時(shí)，閥座積鹽改變了閥門行程，過(guò)力矩直接造成閥桿頂彎，且閥腔及前后管道內(nèi)殘留的熔鹽未徹底排凈，加劇了凍堵風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)疏鹽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)維，陳金環(huán)提出了系統(tǒng)性建議：

從工程設(shè)計(jì)角度，疏鹽管道口徑需嚴(yán)格把控，最小不低于4寸，且安裝位置應(yīng)盡量靠近母管，縮短系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的存鹽管道長(zhǎng)度；同時(shí)，可對(duì)疏鹽系統(tǒng)電伴熱進(jìn)行單獨(dú)控制，提高其溫度補(bǔ)償能力。

從運(yùn)維角度，需重點(diǎn)監(jiān)測(cè)疏鹽管道的降溫情況，避免在凍鹽后對(duì)疏鹽閥進(jìn)行操作；若管道設(shè)計(jì)已無(wú)法調(diào)整，可采用“笨辦法”——適時(shí)小開度打開疏鹽閥，讓存鹽段的熔鹽流動(dòng)起來(lái)，減少凍堵概率。從控制角度，疏鹽閥的電動(dòng)裝置應(yīng)增加反饋信號(hào)，通過(guò)精準(zhǔn)控制小開度狀態(tài)，確保熔鹽流動(dòng)以預(yù)防凍鹽。

從閥門設(shè)計(jì)角度，需杜絕為降低成本而縮小流通面積的行為，例如設(shè)計(jì)為125（5寸）的疏鹽閥不可用4寸甚至更小的閥門替代，否則會(huì)嚴(yán)重影響疏鹽效率。

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熔鹽泵出口再循環(huán)系統(tǒng)熔鹽閥：關(guān)注振動(dòng)與內(nèi)漏風(fēng)險(xiǎn)

對(duì)于冷鹽泵和熱鹽泵再循環(huán)管路兼具疏鹽功能的場(chǎng)景，陳金環(huán)特別強(qiáng)調(diào)了調(diào)節(jié)閥的縮徑問(wèn)題。

他表示，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)通常以最小流量參數(shù)為依據(jù)，流通內(nèi)徑可能僅為管道口徑的二分之一甚至更小，這會(huì)顯著降低疏鹽效率。因此，他建議再循環(huán)調(diào)節(jié)閥口徑不應(yīng)低于4寸，尤其是冷鹽泵再循環(huán)閥，因壓力等級(jí)高，需采取防沖刷、防汽蝕措施，避免小開度時(shí)閥內(nèi)件受損導(dǎo)致漏鹽，造成能源浪費(fèi)。

此外，若條件允許，可在再循環(huán)調(diào)閥前增設(shè)熔鹽截止閥，當(dāng)調(diào)閥因未采取防沖蝕措施出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)漏時(shí)，截止閥可起到緊急關(guān)閉作用。

熔鹽泵出口再循環(huán)系統(tǒng)是保障泵體安全運(yùn)行的關(guān)鍵，涵蓋冷鹽泵、熱鹽泵、SGS熱熔鹽泵及調(diào)溫熔鹽泵的最小流量管道，其閥門設(shè)計(jì)與運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響系統(tǒng)效率。

陳金環(huán)指出，當(dāng)再循環(huán)管路同時(shí)承擔(dān)疏鹽功能時(shí)，需平衡最小流量調(diào)節(jié)與疏鹽效率的關(guān)系。部分項(xiàng)目中，再循環(huán)管道設(shè)計(jì)為150、100或125口徑，而調(diào)節(jié)閥為滿足最小流量控制，常采用縮徑設(shè)計(jì)（如6寸管道縮至2.5寸），這會(huì)導(dǎo)致疏鹽速度放緩、時(shí)間延長(zhǎng)，增加凍鹽風(fēng)險(xiǎn)。因此，需優(yōu)化調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)，確保在滿足最小流量調(diào)節(jié)的同時(shí)，不影響疏鹽效率。

另一常見問(wèn)題是振動(dòng)引發(fā)的設(shè)備損壞。在SGS最小流量管道中，若采用電動(dòng)截止閥并將其當(dāng)作調(diào)節(jié)閥使用，會(huì)因不可調(diào)節(jié)特性導(dǎo)致管道劇烈振動(dòng)，進(jìn)而造成電動(dòng)執(zhí)行器與閥體的連接螺栓松動(dòng)，甚至執(zhí)行器脫落。陳金環(huán)建議，SGS最小流量管道應(yīng)優(yōu)先設(shè)計(jì)為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，若必須采用截止閥，則需定期運(yùn)維檢查，并在螺栓處加裝彈簧墊以增強(qiáng)穩(wěn)定性。

在該項(xiàng)目中，冷鹽泵再循環(huán)系統(tǒng)采用多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥，從10月調(diào)試至12月底并網(wǎng)的4個(gè)多月運(yùn)行中未出現(xiàn)問(wèn)題；而SGS最小流量管道因使用截止閥，出現(xiàn)了閥桿彎曲現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是執(zhí)行器松動(dòng)導(dǎo)致受力偏移所致，后續(xù)通過(guò)整改已解決，為后續(xù)全容量量運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

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下塔熔鹽閥：破解大壓差下的振動(dòng)、汽蝕與溫度波動(dòng)難題

下塔熔鹽閥，尤其是大壓差調(diào)節(jié)閥，是熔鹽系統(tǒng)中工況最復(fù)雜的設(shè)備之一，需應(yīng)對(duì)多種運(yùn)行場(chǎng)景，其振動(dòng)、噪音及耐溫性能直接影響系統(tǒng)安全。

陳金環(huán)分析，大壓差調(diào)節(jié)閥的振動(dòng)主要源于三個(gè)方面：

一是調(diào)節(jié)閥內(nèi)部元件（閥芯、閥桿、閥座）的機(jī)械振動(dòng)，多由介質(zhì)壓力波動(dòng)、沖擊或?qū)蜷g隙過(guò)大引發(fā)，若振動(dòng)頻率與閥門固有頻率接近，還可能產(chǎn)生共振，導(dǎo)致零部件疲勞損壞；

二是液體動(dòng)力振動(dòng)，當(dāng)熔鹽通過(guò)節(jié)流口時(shí)，因流通面積急劇變化易產(chǎn)生阻塞流、閃蒸和空化，加劇振動(dòng)；

三是機(jī)械振動(dòng)與渦流振動(dòng)，前者多因管道劇烈振動(dòng)傳導(dǎo)至閥門，后者則由介質(zhì)流速驟增導(dǎo)致閥瓣振蕩，若與管道內(nèi)壓力波耦合，會(huì)顯著加大振動(dòng)與噪音。

該類閥門需適應(yīng)充鹽、正常運(yùn)行、最大流量、額定流量、最小流量、閥后壓力調(diào)節(jié)、突發(fā)天氣及疏鹽等多種工況。其中，最小流量工況下閥前后壓差大，易引發(fā)沖涮和汽蝕；突發(fā)天氣（如厚云層導(dǎo)致熔鹽溫度瞬間降低200℃以上）和疏鹽工況（鹽溫從565℃驟降至400℃左右）中，鹽溫的大幅波動(dòng)對(duì)閥門穩(wěn)定性挑戰(zhàn)極大；閥后壓力調(diào)節(jié)工況則要求閥門將壓力控制在0.4MPa以下，否則可能給熱罐帶來(lái)安全隱患。

為解決這些問(wèn)題，北京佳潔能研發(fā)了循環(huán)換對(duì)流式盤片組合熔鹽大壓差調(diào)節(jié)閥。該閥門通過(guò)熔鹽進(jìn)口與出口等截面積設(shè)計(jì)避免流道堵塞，利用盤片內(nèi)部的轉(zhuǎn)彎與碰撞實(shí)現(xiàn)逐級(jí)降壓減速，有效控制流速，減少?zèng)_涮和汽蝕，同時(shí)消除振動(dòng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，某項(xiàng)目的兩臺(tái)下塔大壓差調(diào)節(jié)閥運(yùn)行穩(wěn)定，驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)的可靠性。

此外，陳金環(huán)還提到了大壓差調(diào)節(jié)閥的吹管問(wèn)題。在佳潔能此前參與的兩個(gè)項(xiàng)目中，曾出現(xiàn)渣滓卡死盤片與閥芯導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)過(guò)力矩頂彎閥桿、流道堵塞的情況。為此，公司在國(guó)電投鄯善項(xiàng)目和新華博州項(xiàng)目中，采用“專用吹管內(nèi)件”方案，即出廠時(shí)安裝臨時(shí)內(nèi)件用于吹管，完成后再更換實(shí)際運(yùn)行內(nèi)件；他同時(shí)建議，有條件的項(xiàng)目可借鑒火電吹管做法，先用直管或軟連接替代調(diào)節(jié)閥完成吹管，再焊接閥門，以減少雜質(zhì)影響。

對(duì)于熔鹽進(jìn)冷鹽罐和熱鹽罐的開關(guān)閥，陳金環(huán)強(qiáng)調(diào)了其密封與耐溫要求。進(jìn)冷鹽罐開關(guān)閥在突發(fā)工況或疏鹽時(shí)需承受閥前熱鹽與閥后冷鹽的溫差沖擊，曾出現(xiàn)過(guò)兩次閥桿彎曲問(wèn)題，需通過(guò)優(yōu)化閥桿材質(zhì)及調(diào)試工藝解決；進(jìn)熱鹽罐開關(guān)閥若內(nèi)漏，會(huì)導(dǎo)致冷鹽混入熱鹽罐降低溫度，影響SGS出力，因此需杜絕采用三偏心金屬密封蝶閥，確保密封可靠性。

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熔鹽泵出口止回閥：優(yōu)化結(jié)構(gòu)消除安全隱患

熔鹽泵出口止回閥是防止熔鹽倒流、保障泵體安全的關(guān)鍵設(shè)備，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在諸多弊端。陳金環(huán)對(duì)比了不同類型止回閥的性能，指出汽水旋啟式止回閥存在結(jié)構(gòu)死角，閥體底部易積鹽結(jié)垢，影響閥瓣動(dòng)作；且閥瓣行程達(dá)90°，采用平面密封，停泵時(shí)閥瓣與閥座撞擊易損壞密封面，極端情況下，系統(tǒng)突然停泵產(chǎn)生的巨大剪切力可能導(dǎo)致閥蓋飛出，存在嚴(yán)重安全隱患。

冷鹽泵出口熔鹽止回閥--氣動(dòng)快關(guān)三偏心蝶閥

冷鹽泵出口熔鹽止回閥--汽水旋啟式止回閥結(jié)構(gòu)

為此，北京佳潔能研發(fā)了熔鹽專用止回閥，其閥瓣行程縮短至60°，采用錐面密封，配合搖桿90%位置的阻尼設(shè)計(jì)，大幅降低了密封面損壞風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，通過(guò)增加四開環(huán)密封結(jié)構(gòu)，將突然停泵時(shí)的介質(zhì)剪切力大部分轉(zhuǎn)移至閥體，徹底消除了閥蓋飛出的隱患。該止回閥在敦煌首航100MW項(xiàng)目中已穩(wěn)定運(yùn)行近五年，未出現(xiàn)任何故障，驗(yàn)證了其可靠性。

冷鹽泵出口熔鹽止回閥--熔鹽專用止回閥

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實(shí)踐驗(yàn)證：國(guó)產(chǎn)化替代與用戶認(rèn)可

陳金環(huán)在報(bào)告中還分享了公司的業(yè)績(jī)與用戶反饋，彰顯了國(guó)產(chǎn)熔鹽閥的實(shí)力。截至目前，北京佳潔能的熔鹽閥已在中科院上海應(yīng)用物理研究所熔鹽項(xiàng)目、蘭州大成敦煌50MW項(xiàng)目、首航高科100MW項(xiàng)目改造等20余個(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用，累計(jì)供貨超800臺(tái)，涵蓋截止閥、調(diào)節(jié)閥、大壓差閥、止回閥等多個(gè)品類【詳見下圖】。

在敦煌首航節(jié)能項(xiàng)目中，原使用的進(jìn)口閥門因頻繁出現(xiàn)閥桿漏鹽、內(nèi)漏嚴(yán)重等問(wèn)題被更換為北京佳潔能的產(chǎn)品，自2019年5月投用以來(lái)運(yùn)行良好，證明國(guó)產(chǎn)熔鹽閥完全可替代進(jìn)口產(chǎn)品；敦煌大成聚光熱電50MW項(xiàng)目中，其提供的自緊式偏心熔鹽金屬密封蝶閥，在2024年5月安裝后安全運(yùn)行3個(gè)月，無(wú)任何缺陷。

此外，北京佳潔能還參與了能源行業(yè)《光伏與熔鹽儲(chǔ)能一體化發(fā)電工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則》、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《高溫熔鹽截止閥技術(shù)要求》等多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制定，彰顯了其在行業(yè)內(nèi)的技術(shù)影響力。

陳金環(huán)表示，這些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與用戶認(rèn)可，不僅驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)熔鹽閥的可靠性，也為光熱電站熔鹽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與運(yùn)維提供了寶貴參考，未來(lái)公司將持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品，為光熱發(fā)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化貢獻(xiàn)更多力量。