1 overview

Las válvulas de regulación se utilizan ampliamente en los sistemas de tuberías de las centrales térmicas para regular el caudal y la presión del fluido. Sus parámetros de operación son elevados, y durante la explotación se emplea un sistema de control distribuido (DCS). Cuando se modifican las condiciones de operación, es necesario que cada sistema ofrezca una alta estabilidad y una adecuada coordinación. Por ello, el análisis del modo de funcionamiento y de las funciones, en función de las características del flujo y de los parámetros de las condiciones de operación, reviste un importante valor de referencia para la selección de las válvulas de control de las centrales eléctricas.

2 Principio de ajuste

La válvula reguladora equivale a un estrangulador con resistencia variable en la tubería. Cuando el fluido atraviesa la válvula, debe vencer dicha resistencia y consumir una cierta cantidad de energía, lo que provoca una pérdida de velocidad y presión del fluido, logrando así el objetivo de regular el caudal y la presión del fluido. Los parámetros que reflejan las características estructurales y de funcionamiento de la válvula reguladora son el coeficiente de flujo Kv, las características de flujo, la presión nominal, el diámetro nominal y la apertura del disco. Entre ellos, las características de flujo determinan su rendimiento de regulación y desempeñan un papel clave en el funcionamiento estable de todo el sistema.

De acuerdo con la relación entre el caudal relativo de la válvula y la apertura relativa, el flujo del medio puede clasificarse en características de flujo lineal, características de flujo de porcentaje igual, características de flujo parabólico y características de flujo de apertura rápida (Figura 1).

Figura 1 Curva de característica de flujo

Las válvulas con características de flujo lineales presentan un gran cambio relativo en el caudal al abrirse, una alta sensibilidad y son difíciles de controlar; en cambio, cuando se abren, el cambio relativo del caudal es pequeño y el ajuste resulta lento. La característica de flujo de porcentaje igual consiste en que, cuando la apertura es pequeña, el coeficiente de amplificación de la válvula reguladora es reducido, lo que proporciona un ajuste estable y suave; en cambio, cuando la apertura es grande, dicho coeficiente aumenta, lo que hace que el ajuste sea más sensible y eficaz. Las características de flujo parabólicas se sitúan entre las características de flujo lineal y de porcentaje igual. Por su parte, la característica de flujo de apertura rápida presenta un caudal mayor cuando la apertura es pequeña; a medida que la apertura aumenta, el caudal alcanza rápidamente su valor máximo y, a partir de entonces, al seguir aumentando la apertura, el caudal apenas varía.

3 selection

3.1 Válvula reguladora de carga alta y baja del condensado

La válvula de regulación de baja carga del condensado mantiene el nivel de agua del desaireador antes del arranque de la unidad y puede atender hasta el 40% de la carga de la unidad. Cuando la apertura de la válvula de regulación de baja carga del condensado alcanza el 87,5%, se abre la válvula de regulación de alta carga del condensado para participar en la regulación del sistema de condensado. Cuando la unidad opera al 50% de su carga, si la apertura de la válvula de regulación de alta carga del condensado es inferior al 10%, resulta difícil controlar el nivel de agua del pozo caliente del condensador. Durante el proceso de parada, es necesario que la válvula de regulación de alta carga esté completamente cerrada. Al mismo tiempo, la capacidad de flujo de dicha válvula debe considerar también los problemas derivados del fallo de la válvula de regulación de baja carga, del fallo en la recirculación del condensado y de las fugas del sistema. De acuerdo con el modo de operación, las características de flujo de la válvula de regulación de baja carga del condensado deben ser lineales, mientras que las características de flujo de la válvula de regulación de alta carga del condensado deben ser de porcentajes iguales.

3.2 Válvula de control del suministro de agua

Durante la operación, la válvula de control del suministro de agua de la bomba eléctrica ajusta el nivel normal de agua del tambor de vapor cuando la unidad se encuentra a baja carga; y, cuando la carga alcanza el 40%, se conmuta al funcionamiento de la bomba de vapor. Sin embargo, en estado de alta carga, si la bomba de vapor se desactiva, la bomba eléctrica debe ser capaz de bombear agua rápidamente durante el arranque para estabilizar el nivel de agua y la presión del tambor de vapor. Por ello, se exige que la válvula de control del suministro de agua posea buenas características de regulación y que se adopten características de regulación lineales (si se utilizan características de porcentaje igual, la válvula se abre lentamente durante el arranque de la bomba eléctrica durante 2 a 3 segundos, lo que impide estabilizar el nivel de agua del tambor de vapor y obliga a realizar ajustes manuales durante la operación. Al mismo tiempo, los requisitos de rendimiento del acoplamiento hidráulico son extremadamente elevados). El caudal de la válvula de control del suministro de agua debe ser suficiente para cubrir el caudal de suministro de agua correspondiente al 50% de la carga de la unidad.

3.3 Válvula de control de recirculación de la bomba de vapor

El punto de ajuste del caudal de recirculación de la bomba de vapor es del 25% del caudal nominal de la bomba de vapor. Cuando el caudal de la bomba de vapor se encuentra entre el 25% y el 30% del caudal nominal, la apertura de la válvula de control de recirculación de la bomba de vapor es del 25%; y cuando el caudal de la bomba de vapor supera el 25% del caudal nominal, la válvula de control de recirculación de la bomba de vapor se cierra. Cuando el caudal de la bomba de vapor es inferior al 25% del caudal nominal, la apertura de la válvula de control de recirculación de la bomba de vapor varía entre el 25% y el 100%. En el rango del 0% al 25%, la apertura es rápida y las características de regulación son lineales, lo que evita que, al regular la válvula de control de recirculación de la bomba de vapor con una apertura muy pequeña, se produzca una erosión de los componentes internos de la válvula.

3.4 Válvula de control del calentador

En algunos casos de accidentes, la válvula de control del tramp para emergencias está diseñada con una característica de flujo de apertura rápida. Cuando el nivel de agua del calentador es demasiado alto o la válvula de control del tramp normal falla, la válvula de control del tramp para emergencias se abre completamente, lo que provoca que el calentador funcione sin nivel de agua, con baja eficiencia económica, severa corrosión por soda y fuertes vibraciones en el sistema de tuberías interno. Por ello, se recomienda que la válvula de control del tramp para emergencias se ajuste de manera lineal. En caso de fuga en el calentador, puede abrirse rápidamente para satisfacer las necesidades de caudal, y la magnitud de la fuga puede evaluarse a partir del grado de apertura de dicha válvula. Cuando la válvula de control del tramp normal falla, la válvula de control del tramp para emergencias puede intervenir en el ajuste para garantizar el correcto retención de agua del calentador. Por lo general, la capacidad de flujo de la válvula de control del tramp para emergencias es de 1,5 a 3 veces superior a la de la válvula de control del tramp normal.

3.5 Válvula reguladora del sello del eje

Bajo el estado de arranque y de carga del 50% de la unidad, se suministra vapor auxiliar al sistema de sellado del eje. El sistema de sellado del eje está equipado con una válvula de control del suministro de vapor, una válvula de drenaje a presión y una válvula de control del agua de reducción de temperatura. Cuando la carga de la unidad supera el 50% de la carga nominal, se cierra la válvula de control del suministro de vapor del sellado del eje, y el caudal de fuga de vapor de la vástago principal de la válvula ya es suficiente para satisfacer las necesidades del sellado del eje. La válvula de drenaje a presión del sellado del eje se utiliza para el ajuste, y el sistema de sellado del eje lleva a cabo una operación de auto-sellado. Dado que el sistema de sellado del eje del turbogenerador influye directamente en la seguridad del equipo, una presión de sellado demasiado alta puede facilitar la entrada de agua en el sistema de aceite lubricante, mientras que una presión de sellado insuficiente dará lugar a un vacío reducido en la unidad. Para evitar fluctuaciones excesivas de la presión del sellado del eje durante la operación y paradas innecesarias causadas por fallos de las válvulas, se recomienda seleccionar características de flujo de tipo porcentual igual para la válvula reguladora del sellado del eje y añadir una función de operación manual. La aplicación de válvulas reguladoras en el sistema de tuberías de las centrales térmicas se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1 Aplicación de cada válvula de control en el sistema

4 Conclusion

De acuerdo con el modo de operación y el principio del sistema, una selección razonable de las características de flujo de la válvula de regulación puede lograr un buen desempeño de regulación, reducir las pérdidas de energía del medio, prolongar la vida útil de la válvula, disminuir la intensidad del trabajo de los operadores, reducir el ruido ambiental, mejorar la economía de la unidad y garantizar su operación segura y estable.