1.7 给水系统及其阀门

1.7.1 系统概述

给水系统的主要功能是将除氧器水箱中的主凝结水通过给水泵提高压力，再经过高压加热器进一步加热之后，输送到锅炉的省煤器入口，作为锅炉的给水。此外，给水系统还向锅炉再热器（冷段）的减温器，过热器（冷段）的一、二级减温器，以及汽轮机高压旁路装量的减温器提供减温水，用以调节上述设备的出口蒸汽温度。给水系统的最初注水来自凝结水系统。

对于600MW的汽轮机给水泵，目前采用的基本配置是：两台50%的纯电调气动给水泵及其前置泵和一台25%～40%的液力调速的备用电动给水泵及其前置泵。

为了适应机组运行时负荷变化的要求，气动给水泵和电动给水泵要有灵活的调节功能。即要求气动主给水泵的小汽轮机的调速范围为2700～6000r/min，且允许负荷变化率为10%/min；电动给水泵组从零转速的备用状态起动至给水泵出口的流量和压力达到额定参数的时间为12～15s；主汽轮机负荷在75%以下时，给水调节功能应能够保证锅炉汽包水位在±15mm范围内变化，且不允许≥±50mm（对于直流锅炉，则要求保证压力、流量在允许的范围内）。一般给水泵的出口不设调节阀，而前置泵的流量等于或略大于主给水泵的流量。

为了具体了解给水系统的功能和设备配置情况，下面以某电厂给水系统为例加以介绍。如图1-19所示，该给水系统除配置两台气动泵和一台电动泵及其前置泵外，还配有8号、7号、6号高压加热器等设备及管道、阀门等配套部件。

1．气动给水泵组

由图1-19可以看出，两台气动给水泵（TP-A和TP-B）与其前置泵的连接管之间设有连通管，使给水泵与前置泵除做一一对应的运行方式外，在单泵运行时，还可以通过阀门切换做交叉运行。

气动给水泵的前置泵（LP）进口管道处设有手动隔离阀、流量测量装置和滤网。当该滤网前后的压差达到0.13MPa时，发出报警信号；滤网的上游设有安全阀，其整定压力为1.5MPa。前置泵的出口管道处设止回阀、手动隔离阀，而止回阀的上游管道上接有再循环（小流量）支管，使前置泵出口的给水经流量调节阀后回到除氧器水箱。

气动给水泵进口处的管道上设有流量测量装置和磁性滤网（也称磁性分离器）。当滤网前后的压差达到0.07MPa时，发出报警信号；该滤网的上游也设有安全阀，其整定压力为2.8MPa。气动给水泵的出口管道上装有止回阀和电动隔离阀，而止回阀和电动隔离阀之间的管道上接有再循环（小流量）支管，且给水泵出口的给水经流量调节阀后回到除氧器水箱。

2．电动给水泵组

电动给水泵组的前置泵进口管道也设有手动隔离阀、流量测量装置和滤网。当滤网前后的压差达到0.13MPa时，发出报警信号；滤网上游配置安全阀，其整定值也是1.5MPa。该前置泵与电动给水泵之间仅有一个滤网而没有任何阀门，当该滤网前后的压差达到0.07MPa时，发出报警信号。在前置泵出口管道和滤网处都接有支管，在两者并入一根暖管后，经放气阀接向除氧器。

电动给水泵组（FP）出口管道处装有止回阀、流量调节阀和电动隔离阀。止回阀的上游处也设有最小流量支管（ ϕ 219.1mm×30mm），并经流量调节阀后接入除氧器水箱。该流量调节阀处还设多级减压节流孔板的旁路，以便在该流量调节阀撤出运行时，仍能使电动给水泵维持最小流量工况（再循环）运行。

1.7.2 给水系统的阀门

1．锅炉给水前置泵的管道上的阀门

锅炉给水前置泵的管道上设电动隔离阀、安全阀和一个三通临时性滤网。滤网可以隔离在安装期间可能聚积在除氧水箱和吸水管道中的杂物，以保护水泵。一旦系统干净后，滤网可以拆除，以减少系统阻力。安全阀安装在前置泵进口隔离阀之后，以防止进水管在锅炉起动泵（BFSSP）运行期间超压。当给水前置泵进口隔离阀关闭时，进水管可能由于锅炉给水泵止回阀或暖管的泄漏而超压。一旦有泄漏，运行人员将从安全阀的出口发现。安全阀的出口接管进入一个敞开的漏斗，以便那里的运行人员能够监视它。锅炉给水前置泵设有最小再循环流量管路，即暖泵管路，它起始于泵的出口隔离阀之后，流经停用的给水前置泵外壳回到凝汽器。

2．锅炉给水泵的管道上的隔离阀和止回阀

锅炉给水泵管道上设有止回阀和电动隔离阀。止回阀之前通往最小再循环管路，隔离阀之后通往给水泵暖泵管路。

锅炉给水泵的止回阀已经是成熟产品，无论是在国内项目上，还是在国外项目上都已成功运行了几十年。电动隔离阀属于高温、高压的压力密封闸阀，也是成熟产品，但要求开关阀的单行程时间小于30s。

3．给水泵管道上的再循环阀 （也称最小流量阀）

锅炉给水泵的再循环阀，且面对电厂内最为困难的工作条件。这类再循环阀是为保证有适量的给水流过水泵，且使水泵得到保护——防止过热和气蚀而设置的。其控制压降：汽包锅炉为19～22MPa，直流锅炉为25.2～31MPa。工作温度：汽包锅炉约为210℃，直流锅炉约为232℃。面对如此高的压降，如果没有适当的阀门内件，便会发生气蚀，使阀门密封会迅速失效。为了有效解决该问题，在给水泵管道上设置了再循环阀，该阀的流程如图1-20所示。

再循环阀有两种不同结构，图1-21是其中一种，独特的压力分级阀内件与不同的阀体相结合，可以满足不同压差的需要。

图1-22为另一种结构的再循环阀。它的外形如图1-23所示。该阀从控制流速入手，采用迷宫式的设计理念，利用盘片上的多个90°拐弯形成的通道逐级降压，并把盘片叠为一个套筒。每一个盘片通道都固定在套筒内，无论阀门开度多少，高压给水通过每个通道时的流速都限制在30m/s以下。迷宫盘片及套筒如图1-24所示。每一盘片内圆周出口处都有堰，使四周压力平均，同时使介质不会直接冲击在阀座上。为了避免在低流量（低阀门开度）时产生线切割现象，损坏阀座及阀塞，当开度低于10%时，阀门会立即关闭。

它的工作参数如下：

进口压力：17.5～38.7MPa，进口温度：141～300℃。

出口压力：0.5～1.5MPa，出口温度：141～300℃。

4．锅炉起动阀

锅炉起动阀是用于控制超临界锅炉起动顺序的阀。面对高压降的工作条件，要对气蚀、噪声进行控制，关闭要严密，使用寿命要长。其阀内件的设计非常重要，推荐阀型的外形图如图1-25所示。 C _V 值见表1-13。

允许的泄漏等级为ANSI B16.104 Ⅴ级。

5．锅炉给水管道上的电动孔板阀

在600MW的2028t/h亚临界锅炉或超临界锅炉的主给水管道上，当锅炉低负荷（30%～50%额定流量）运行时，供给过热器的减温水，其压头是满足不了要求的。因此必须通过快速节流建立满足过热器减温器喷水的压头，结合国外的经验，在国内首创的电动孔板阀就能圆满地解决这个问题。

电动孔板阀安装在高压加热器与锅炉省煤器之间，过热器减温喷水管道由高压加热器前引出，它的位置如图1-26所示。孔板阀的基本参数和主要技术性能指标见表1-14。

孔板阀由阀门本体和执行机构两部分组成，其中执行机构根据用户要求可采用电动装置或气动装置；阀门本体采用整体铸造WB36材料（图1-27）或整体铸造WCB材料+WB36的焊接短管（图1-28），两者在现场都可直接跟管道进行同钢种焊接。阀门的入口尺寸和坡口形式根据用户提供的配管尺寸和要求设计加工；阀座和孔板都采用堆焊硬质合金；节流孔板是根据每台机组的不同工况进行设计。由于该阀在额定流量时全开，为防止主管道压力损失，应将阀门缩径比控制在0.9以上。需要特别指出的是，隔离阀的开、关时间（单程）必需小于30s。

孔板阀在锅炉满负荷运行时，通过系统的流量变送单元发来信号，起动执行机构，快速关闭阀门。此时流体通过节流孔板的节流，使阀门的入口压力升高，且建立一定的压差，从而使从阀前引出的通往过热器的减温喷水系统得到需要的压头；当再转入满负荷运行时，通过流量变送单元的信号，起动阀门，使阀门快速开启。

6．锅炉再循环管道上的360控制阀和361控制阀

在超临界直流锅炉和超超临界机组的再循环管道上，安装有两台气动控制阀，而这两个阀门编号排位刚好是360和361，现在习惯就称其为360控制阀和361控制阀。360控制阀是再循环泵流量控制阀，主要调节再循环泵的出口流量；361控制阀是储水罐水位控制阀，调节储水罐的水位。这两个阀门是并联的气动控制阀。其中361控制阀的工况条件十分严苛，出口介质为汽水混合物，有的产品使用寿命只有六个月左右，目前基本上是进口的，使用寿命保证两年。它们除能进行正常调节外，还能在紧急情况下实行快开或快关。某1000MW超超临界锅炉循环泵管道上的360控制阀参数见表1-15。某1000MW超超临界锅炉循环泵管道上的361控制阀参数见表1-16。

360控制阀和361控制阀有两种形式，即角型和直通型，如图1-29所示。

（1）360控制阀和361控制阀的技术要求

1）阀门阀体设计保证使用寿命达到30年。

2）阀门不允许采用含铜成分的材质制造。

3）阀门阀体和阀内件的材质及结构应保证能够在闪蒸等恶劣工况下正常使用，阀出口段内表面应耐磨损、耐冲蚀。

4）阀门应能参与锅炉的冷态清洗、热态清洗和吹管，并保证阀门不堵塞，运行安全可靠。

5）361阀应配锅炉吹管用阀芯（两炉一套），必须满足吹管调控水位的要求。

（2）配供的气动执行器的技术要求

1）配用的气动执行器应与阀体相适应，安全可靠、动作灵活，无卡涩现象；电气元件要齐全完好，内部接线正确。

2）输入信号：4～20mA，执行器应能送出成正比例的4～20mA阀位反馈开到位、关到位信号。最大信号负载0～500Ω。

3）气动执行器及其附件，在气源压力0.4～0.8MPa范围内应能安全地工作，并满足招标书要求。

4）气动执行器应具有三断保护，即当失去控制信号或失去气源或电源故障时具有自锁功能，并具有供报警用的输出接点。三断自锁保护装置动作时间≤5s，闭锁效果：执行器自锁后，阀位变化每小时不超过全行程的5%。

5）执行器应配备有储气罐，以便系统失去气源等意外情况发生时阀门能保位。

6）每一气动执行器应配有可调整的过滤减压阀及与供气不锈钢管相接的管接头，以及监视气源和信号的压力表。

7）气动执行器应配有手轮及手/自动切换机构，在气动操作脱开时能安全地合至手轮操作位置，手轮上标有开关方向指示。

8）配供智能定位器，含二线制位置变送器。智能定位器应保证输入信号和输出行程的关系与阀门调节特性一致。

9）气动执行器应装设可调行程开关机限位开关，这些开关至少应具有两对独立的常开、常闭触电。

10）三断保护和快速控制用的电磁阀，其直径大小和所需的最小压差应与其相应的气动执行器功能要求相一致。电磁阀应装配好，并配好管路，电磁阀线圈电压应为220VAC。

11）配供就地控制柜及接线盒（如有）。

12）执行器可调比大，调节精度高，在小于15% C _V 的低流量下能稳定控制，不超过1%的过调。

13）基本误差：直行程≤1.5%（额定行程）。

14）死区：执行器的死区应不大于输入信号量程的0.8%。

15）回差：执行器的回差应不大于额定行程的1.5%。

16）静态耗气量：执行器的静态耗气量不大于2000L/h（标准状态）。

17）全行程时间：20s以内（自动时），20s以内（手动时）。

18）快速行程时间：快关≤5s（无快开功能）。

19）气动执行器的外壳防护等级为IP68，绝缘等级：F级。

20）气源压力影响：执行器中的阀门定位器输入端子的气源压力，从公称值变化+10%和-10%时，行程变化不大于额定的1.5%。

21）漂移：4h的漂移应不大于额定行程的1.0%。

22）寿命：执行器经20000个周期试验后，自锁性能应满足第4）条规定；试验后行程下限值和量程变化应不大于额定行程的1.5%；量程中点的回差不大于额定行程的1.5%。

23）外磁场影响：在交流50Hz和400A/m磁场强度下，在最不利的磁场方向和相位下，行程变化不大于额定行程的1.5%。

24）环境影响：环境温度在-25～70℃范围内变化时，每变化10℃的行程变化不大于额定行程的0.75%。

25）机械振动影响：执行器应能承受频率为10～50Hz，位移幅值为0.15mm和频率为55～150Hz，加速度为20m/s ² 的三个相互垂直方向的正弦扫频试验，行程下限值和量程变化应不大于额定行程的1.5%。

控制阀的选型计算，将在第5章中详细阐述。

7．高压加热器管路的电动阀

高压加热器管道的电动阀，给水流经管内被凝结在壳内的汽机抽汽加热后，进入锅炉省煤器。为了在检修加热器时，使其与系统隔离，高压加热器设有两种旁路系统，即小旁路系统和大旁路系统。在进行系统设计时任选其中一种。小旁路系统如图1-30～图1-33所示。

大旁路系统如图1-34所示。大旁路系统的三通阀，目前国产、进口的产品都有。