佳洁能：关于线性菲涅尔式冷端入口熔盐调节阀与集热场流量平衡的关系研究

线菲集热场布置方式为：同程布置和异程布置。同程布置主管道比异程长，所设弯头等比异程多，同时增加了电伴热和安装等成本。为了减少投资成本目前新建项目都采用集热场异程设计。

异程布置和同程布置示意图：

图1  异程布置图

图2  同程布置图

2. 以某项目初设为依据计算冷端入口调节阀的阀前阀后压力

熔盐在每个吸热流程的水头损失以沿程阻力损失（直管段粘滞阻力）和局部阻力损失（阀门、弯头、三通等阻力）相同的情况下，以每个回路管径DN80/18Kg/s，冷端进口温度290℃，热端出口温度550℃为条件，通过计算出每个回路的入口熔盐调节阀的阀前阀后压力。

图3 蓝色线为阀前压力，棕色线为阀后压力

图中可以看出阀前压力第一个回路开始到第51回路，从4.5345MPa逐步降到3.7713MPa，呈下降趋势；阀后压力从2.1044MPa逐步提升到2.7196MPa，呈提升状态。相邻的回路压降差距很小，如集热回路1和集热回路2相差0.0473MPa，也就是说每个回路的压降需要准确的按照计算值调出来，才能保证每一个回路的流量都是一致的，如果其中一个回路有误差，紧接着后面回路如果还是按照原来计算的值来调，那就出现后面的回路熔盐流量偏差，越往后偏差越大，甚至出现后端较远的回路少盐或没盐。

要实现每个回路的阀前阀后按照上述表中的数据调出来，那就得通过计算冷端入口调节阀CV值和阀门的开度来实现。

从表中可以看出，第1个回路到第51个回路熔盐调节阀的开度从45.74%到71.77%，这个范围属于调节阀的正常调节范围，没有出现小开度和大开度现象。但关键是相邻回路的调节阀开度相差很小，如集热回路6开度47.70 %与集热回路7开度48.00%，开度相差0.3%，这么小的开度加上采用手动调节，调节阀的调节精度能不能调出来还是个未知数。

入口调节阀行程51mm，圈数10，开度相差0.3%，也就是相差0.03圈，在保证每台调节阀的精度都一样，0.03圈怎么能手动调出来，而且驱动形式大家都采用手动，更不可能实现。

调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间关系。也就是说假设你定好节阀的开度（假如为a），在调节阀前后压差不变的情况下才能得到一个稳定的流量b，如果调节阀前后压差改变的话，实际流量也会根据上述的流量特性改变。

从调节阀的流量特性来看，线菲或槽式每一个回路计算的阀前阀后压力必须是准确的。在此前提下，如果某个回路因入口调节阀开度（流量曲线）出现误差，其结果影响到后面的每个回路，也就是出现误差后的回路阀前阀后压力发生变化了，还是按照原先的数据来调节后端回路的流量，肯定是不准确的，最终导致整个集热场每一个回路末端有着明显的欠流、过流甚至断流现象。

在同样的太阳辐照强度下，如果有个回路冷端入口熔盐调节阀的调节精度差，或者说在某个开度不能准确体现原先的设计值，其后面的回路同时出现改变，后端的有的回路就会出现少盐或无盐的情况，少盐的集热管内熔盐超温，产生熔盐气化，无盐的集热管严重时导致集热管破裂。

集热回路出口熔盐温度偏差度较大，汇集到热盐罐的温度有可能无法达到设计值，对运行极其不利。比如出口温度可能达不到500℃，甚至更低，那么此时热端出口的盐是往冷盐罐进还是往热盐罐进。进冷盐罐会提高了罐里冷盐温度，罐体风险很大；进热盐罐后降低了罐里热盐温度，蒸发系统出力降低。

如果集热回路出现比较大的欠流，熔盐导致熔盐超温气化，增加熔盐的补充量，严重时导致集热管爆管，提高项目运行成本降低电站的效益。

用户提供的基础数据条件是否有一定的偏差，如果有偏差，加上调节阀本身存在的死区，结果偏差进一步扩大。

用户提供集热场每个回路的调节阀的入口压力和出口压力，以及集热场可能遇到防凝工况、低辐照工况、额定运行工况、高辐照工况等工况边际条件下调节阀的入口压力和出口压力。用户只提一个覆盖所有回路调节阀入口压力和出口压力值，需要厂家根据沿程阻力损失（直管段粘滞阻力）和局部阻力损失（阀门、弯头、三通等阻力）来计算每个回路的调节阀的入口压力和出口压力，确定调节阀的CV值。

无论是用户提供还是阀门厂家自行计算，一个准确的回路调节阀的入口压力和出口压力是做好调节阀的关键。

有了准确的回路调节阀的入口压力和出口压力等参数，就看厂家做出来的产品能不能适应现场工况。

调节阀的流量特性有线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。

（1）等百分比特性（对数），等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。（2）线性特性（线性），线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。（3）抛物线特性，流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。

根据上述表中回路的数据，等百分比特性的调节阀更适合槽式和线菲的集热场流量平衡的调节。

厂家必须要通过流量测试台，精准测试某点的开度对应的流量是否是精确的，如果测试不准确或者没有经过测试，每一台调节阀的开度对应的流量都是不一样的，即使基础数据再准确，神仙也无法调出集热场的流量平衡。同时也得照顾到其他边际工况下流量曲线能否满足。

特别是采用单座式的调节阀，其精度要满足本工况，加工精度很难掌握，假如又没有经过流量试验台测试，那是摸着石头过河根本无法调出流量的平衡。

由于熔盐调节阀现场均采用手动形式，调节阀行程短，刻度牌从0~100%无法体现到dmm，可通过测试平台标注几个典型工况的开度点。

图4 流量试验中心

为保证调节阀的调节精度上文中所述要求，首先，制造商需配备高精度试验台架，对调节阀进行全行程动态测试，通过流量-开度曲线标定优化阀门特性曲线，消除非线性误差；其次，采用流线型阀芯结构及低摩擦密封设计，减少机械滞后；同时，选用高分辨率执行器（如0.3%定位精度的智能型电动/气动执行机构），并配置闭环控制系统，通过4-20mA反馈信号实时校正偏差。关键零部件需通过必要的寿命测试，确保长期稳定性与重复精度达标。

正如前面描述，要满足微小Cv值变化可调可控，那就是需要阀门调节曲线连续性好，通过试验台架验证实际数据与该表中设计数据一致。

考虑集热场可能遇到防凝工况、低辐照工况、额定运行工况、高辐照工况，设定集热回路出口熔盐温度达到设计值550℃，对熔盐泵的流量进行设定，使得集热管内熔盐的流速发生变化，考虑对某些回路停止参与集热，运行的回路是否能满足回路出口熔盐温度达到设计值，可根据摸拟计算改变调节阀的开度。

通过一个好的熔盐调节阀可做到集热场的大致流量平衡，在同样的太阳辐射强度下，根据热端出口反馈的温度，通过适当对热端出口开关阀的微调，使得整个集热场流量平衡更加稳定可靠，达到热端出口温度趋于均衡。

对于熔盐线菲或槽式集热场系统的运行，首先有利于回路间流量平衡，让每个回路的实际运行流量与设计流量尽量相符，让每一个回路末端都不会有着明显的欠流过流现象，让每一个回路出口熔盐温度达到设计要求，选好做好每个冷端入口熔盐调节阀是关键之一。回路间的出口熔盐温度偏差较大会造成弃光，增加光热电站运行的不稳定性。通过对冷端入口熔盐调节阀的优化，配合热端出口熔盐阀和各种部件的流阻一致性，减少集热回路间的出口熔盐温度偏差小，集热场的运行控制便捷，保证热盐罐温度的稳定，提高蒸发系统的发电效率。