太阳能发电中的流量控制：第1部分

本文是关于太阳能应用中阀门选择的两部分系列文章的第一篇。本文将重点探讨专门定制的控制阀如何应对太阳能发电中的固有挑战。

太阳能是化石燃料和核能的可行替代品，具有安全、气候友好和资源丰富的特点，尤其是在地球的太阳带。随着技术的不断进步，太阳能生产的成本正在不断降低，使得大规模生产比以往任何时候都更加实际可行。

为了发电，聚光太阳能系统利用镜子将太阳辐射聚焦在接收器上，将辐射转化为热量，进一步产生蒸汽以驱动涡轮机。在多数太阳能发电系统中，聚集的阳光会加热一种“传热流体”。如果是合成油，其温度可以达到300°C (573°F)；而熔盐则可以达到600°C (1112°F)。这种流体既可以立即产生蒸汽，也可以储存热量以备后用，确保电厂能在需求高峰期或阳光不充足的阴天发电。

聚光太阳能发电厂环境恶劣，给流量管理设备带来了挑战，其中包括：

• 高温和剧烈温度变化
• 工作条件引起的过度振动
• 传热流体的极端特性
• 恶劣的环境条件

例如，合成油流体容易泄漏；由于其非常低的粘度和润滑性，该流体在高温下会导致密封和导向表面损坏，这可能导致设备损坏或完全失效，并导致生产率损失和工厂停工。流量管理系统，尤其是管道系统组件，必须能够在这种恶劣环境中可靠地运行，包括抗热冲击、耐腐蚀和耐磨。

太阳能应用的定制控制阀

由于控制阀所处的不利操作条件，它们对太阳能发电厂的安全性和可用性有着重大影响。在评估管道系统组件时，需要牢记以下几点。

对于合成油传热流体，建议使用带有安全填料函的波纹管密封来密封阀杆。由于该流体的润滑性能较差，阀内件必须具有足够的耐磨性和抗磨损性。

在熔盐应用中，阀门主要是气动截止或角体控制阀，带有对接焊接端部连接和加长阀盖。它们被焊接在一起，以限制潜在的泄漏。对于关键阀门，我们推荐顶装式截止阀，以便于维护。用于熔盐的控制阀通常需要独特的设计，因为该流体具有氧化性和腐蚀性，通常还有磨蚀性。

 对于低压差，也可以使用特别定制的蝶阀（例如，三偏心、对接焊端部、加长阀盖、合适的材料）。

切断阀通常是手动的，或者配备电动旋转执行器。在熔盐应用中，也可以使用无护罩波纹管密封设计。切断阀必须执行大量冲程，存在断裂的风险。过度振动或振荡也会缩短阀门的寿命。阀帽伴热的挑战更大，因为波纹管内流体可能会结晶导致故障。

 对于熔盐应用来说，优先选用带有重型双阀杆导向塞、阀座护圈和夹紧阀座环的控制阀，因为其具有相当低的死区、易于更换的阀座和定制阀内件。

需要一个加长阀盖将填料温度保持在可接受的范围内，以避免执行器暴露在高温下，并允许安装伴热。

对于非临界操作条件，在高达10bar的压差下，使用抛物线塞。然而，对于更极端的操作条件，例如下料阀或防喘振阀，多级阀内件适用。由于存在形成盐晶体的风险，不应使用平衡阀内件。不建议使用带有金属对金属密封（无密封件）的螺纹阀座环，因为在可能发生腐蚀的情况下会有螺纹泄漏的风险。

通过采用双阀杆导向、阀笼保持的设计，结合角型阀体和改进的阀座，管道系统可以在关断的情况下排水。为了排空管道系统，需要一个带溢流的角型控制阀。这种阀门有一个周线形阀座，设计用于在低负荷下更好地控制流量。阀座泄漏将在长时间运行中保持较低水平，因为密封区域与射流缩聚处分离，因此不会暴露在高流速下。多级阀内件将避免高压差下的临界操作条件。

 在本系列的第二部分，我们将研究用于制造太阳能应用中所用阀门的材料。