（中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 江苏南京 211102）
摘要：简要介绍了动态流量平衡阀的工作原理、工作过程及设计应用方法，针对火力发电厂集中空调系统设计、安装及运行管理的实际情况并结合平衡阀的实际使用效果，说明在电厂空调水系统中使用动态流量平衡阀能简化设计、施工、调试，保证空调效果，方便运行管理。
关键词：动态流量平衡阀；空调系统；水流量；自动；水力平衡
1.概述
随着火力发电厂的智能化水平越来越高，对室内温湿度及清洁度要求较高的计算机和电子设备大量使用，而且电气及热控专业按功能分散和物理分散方式进行布置，造成对室内环境需要进行空气调节的电子设备间和控制室多且分散。另外主厂房内的配电间、开关室、UPS室及蓄电池室等场所为避免室内温度过高影响设备安全运行夏季也需对室内进行降温通风。另外生产办公楼、招待所、食堂、检修公寓、化学试验楼等生产辅助建筑也需进行空气调节以满足办公人员的舒适要求。为满足上述区域的温湿度要求，全厂空调系统的设计方案通常设一集中制冷加热站，将冷热水分别送至各个空调区域。
由于电厂的各个空调区域布置非常分散，控制室、电子设备间、配电间、蓄电池室等通常布置在主厂房或集控楼内，办公楼、招待所等通常设置在厂前区，离主厂房均有一定的距离。而集中制冷加热站通常设置在集控楼底层或屋顶，冷热水管道要穿越主厂房或利用综合管架送至全厂各空调区域，由于主厂房内其它专业的管道及设施很多，综合管架上的空间有限，因此空调管路不可能完全采用同程系统。空调系统管线长，支路多，空调末端设备的阻力差异大，容易出现水力失调现象，从而导致有的区域冷热量过大，而有的区域冷热量不足，造成冷热不均。如果电子设备间或配电间等场所室内温度长期偏高会缩短电子元件的使用寿命，进而影响电厂的安全运行。
影响水系统水力平衡的因素很多，如果管路中没有安装有效的自动水力平衡装置，即使首次调试后各空调系统的水量分配符合设计要求，但只要系统中任何一个管路或阀门发生变化（关闭或调节），就会引起系统的阻力分布发生变化，从而造成新的水力失调，此时又需要重新进行水力平衡调试。
动态流量平衡阀就是能使水系统时刻保持自动平衡的有效装置。
2.动态流量平衡阀简介
动态流量平衡阀属于自力式调控阀范畴，能够在较大的压差范围内恒定流量。亦称：自力式流量控制阀、自力式平衡阀、定流量阀、自动平衡阀等。
2.1.动态流量平衡阀的工作原理：
动态流量平衡阀是通过水压自力式改变阀芯的过流面积来适应阀门前后压差的变化，从而达到控制阀门流量的目的。从流体力学的观点来看，动态流量平衡阀相当于一个局部阻力可以变化的节流元件，对于不可压缩的流体其流量方程可简化为：
2.3.动态流量平衡阀的分类：
1)固定流量型动态流量平衡阀：阀门内的阀芯为一只或多只阀胆。阀胆由可变过流面积的活塞和高精度的弹簧及支撑装置组成，不同的压差使弹簧自动控制阀胆上过流面积的大小，从而使通过平衡阀的流量恒定。其流量在阀门出厂时已根据设计要求设定好，主要应用在定流量水系统中。
2)可设定型动态流量平衡阀（手动）：阀门内的阀芯由可调部分和水力自动调节部分组成。可调部分的开度可通过人工借助工具依据设计要求按照生产厂家提供的参数进行现场设定，水力自动调节部分可以适应水系统压差变化来维持设定的流量值，其工作原理可参见附图2。主要应用在定流量水系统中。
3)动态平衡电动调节阀：是一种动态平衡和电动调节同步执行的阀门。其阀芯也是由可调部分和水力自动调节部分组成。可调部分的开度根据实际需要随时进行电动调节，水力自动调节部分可根据不同的压差来自动调节阀芯的开度，从而使流量恒定在可调部分的设定上，其工作原理可参见附图2。主要应用在空气处理机组等需要根据负荷连续调整水流量或对控温精度要求较高的场所，适合于变流量水系统。
4)动态平衡电动两通阀：是将电动两通阀和动态平衡阀两者合一的一种阀门，通过改变阀门的开启时间来控制流量。主要应用在风机盘管等对控温精度要求不高的场所，能根据室温开关进入风机盘管的水量，同时动态平衡水系统。
3.采用动态流量平衡阀的优点：
1)水管路系统可采用异程式布置，降低安装所需空间，节省安装及管材、保温等费用；
2)保证水流量不会超过原先设计，保障设备的耐用性，防止因流量过大而造成对设备中铜管的损耗，延长使用寿命。
3)因水系统自动能保持水力平衡，制冷机组、水泵能以最节能的状态运行。
4)因动态流量平衡阀在工作压差范围内能自动吸收过量的压差故无须对整个系统管路进行复杂的阻力平衡计算，减少设计计算工作量从而加快设计进度。
5)不需要人工调节管路水力平衡，可降低系统调试费用，加快工程进度。
6)在工作压差范围内可以准确的控制循环环路流量符合设计要求及吸收过量的压差，时刻自动保持系统水力平衡，杜绝人为破坏性调节的可能。
7)空调系统分期安装或设备分期使用都不会影响水系统的平衡。
8)某一区域水管路设计改变或运行调整均不会影响到其它区域管路的水流量。在空调系统扩建时，如果已安装动态流量平衡阀且设计流量没有变化，此循环管路不用再次进行水力平衡调试。
4.空调系统中设计动态流量平衡阀方案应注意的问题：
4.1.固定流量型或手动可设定型动态流量平衡阀只起水力平衡的作用，不能用于负荷调节。
如果要使空调末端设备的进水量随空调负荷的变化而变化，可采用动态平衡阀和电动三通的组合方案，平衡阀起到了水力平衡的作用，而电动三通调节空调负荷所需流量；也可采用动态平衡电动调节阀或动态平衡电动两通阀，将水力平衡与负荷调节合二为一，可直接用电脑控制设定流量。
4.2.动态流量平衡阀不应该多级设置
在空调系统中，手动调节阀是多级设置的。而按照这一方法多级设置动态平衡阀的设计概念是不对的。其理由是：如果下级的一个或多个设备关闭电动阀，而上级平衡阀仍保持流量不变，则会造成下级未关闭的设备流量增加，不但加大了水流噪声，还会影响使用功能，并且也增加了不必要的经济投资。
由于系统总水量等于各设备的用水量之和，因此只要在末端设备安装动态流量平衡阀就可以保证系统水力平衡，无需在其它支干管上安装同类阀门。
4.3.空调设计中应根据冬季及夏季的供水量合理设置动态流量平衡阀
在四管制空调系统中分别用两个固定流量型动态流量平衡阀是可以满足冬季及夏季不同水量要求的。冬、夏季节空调负荷不同且供热、冷水温差不同，所以水流量差异很大，因此在两管制水系统中则应根据冬、夏季不同流量的要求设置平衡阀：方法一，设置可设定型动态流量平衡阀（手动），冬夏换季时根据供货商技术资料及设计要求设定阀门流量。方法二，设置两个平衡阀，阀1按冬季流量选择阀门，阀2按夏、冬季最大水量之差选择阀门，冬季采用阀1，夏季开两个阀，用两个阀门实现空调设备的四管制功能。方法三，采用动态平衡电动调节阀通过空调自动控制系统来控制流量。
4.4.空调水系统中设置动态流量平衡阀后，循环水泵的扬程应根据最不利环路的阻力损失来确定，因动态流量平衡阀的正常工作压差范围（Pmin～Pmax）中的Pmin值比一般阀门的阻力损失要大，水泵的扬程应能使动态平衡阀的实际压差处于阀门的工作压差范围内。
4.5.动态流量平衡阀在选型时应优先选用阀门工作压差范围（Pmin～Pmax）中的Pmin值比较小的系列，以免加大循环水泵的扬程，增加水泵运行能耗。
4.6.空调水系统中只要有一个环路设置动态流量平衡阀后，其余的环路最好都要设置，否则未设置动态平衡阀的环路会过流，从而影响空调效果。
4.7.动态流量平衡阀应设置在回水或设备的出水管路上，以保证设备的进水压力。
5.动态流量平衡阀在火力电厂工程设计中的应用实例
5.1.工程应用简介
某火力发电厂一期建设两台300MW发电机组，设一集中制冷加热站为全厂空调系统提供冷热水，至主厂房内控制室、配电间等场所的管道在主厂房内架空敷设，至厂前区综合办公楼、招待所及餐厅等场所则利用综合管架或地沟布置，管网采用异程方式布置。厂前区综合办公楼、招待所空调系统各层水系统采用同程方式，空调水系统均未设置动态流量平衡阀。空调系统采用定流量水系统，空气处理机组采用电动三通阀来根据负荷变化调节水量，风机盘管则采用调节风量大小的方式来适应负荷的变化。制冷加热站内选用两台制冷量为70万大卡的双效溴化锂制冷机组，冷水供回水温差7/12℃；选用两台汽水换热器，热水供回水温差60/50℃。冷热水循环泵按与设备一对一配。制冷加热站设置在一期主厂房的固定端零米层，相对处于空调负荷中心。
电厂二期仍建设两300MW发电机组，业主提出新建主厂房内空调系统仍采用一期的制冷加热站，并在站旁扩建一台制冷量为100万大卡的溴化锂制冷机组。不仅本期的集控室设空凋系统，主厂房内的配电间、电气出线小室、变频器小室设降温通风，而且一期的电气出线小室要增加降温通风，综合检修楼也要增加空调系统。
5.2.空调系统设计动态流量平衡阀的方案
电厂一二期空调系统全部建好后，空调区域非常分散，二期的集控室距制冷加热站横向大约有200米的距离，而且各区域的空调负荷差异很大，对这样大的管路系统来说，管路的阻力平衡和系统调试的困难是相当大的。为了解决水系统“管线长，难平衡”的困难，设计过程中按下列方案设置了动态流量平衡阀。
1)在本期新增的空气处理机组或变风量机组均设置动态平衡电动阀，根据末端负荷调节水量。
2)在一期主厂房内的空气处理机组或变风量机组均增加动态平衡电动阀。
3)在制冷加热站内来自办公楼、招待所空调系统的回水总管上增设动态流量平衡阀。
4)综合检修楼内水平管路采用同程式布置，每层的回水总管路上设置动态流量平衡阀。
5.3.应用效果
电厂集中空调系统建成投运后，由于在各循环管路上均设置了动态平衡电动阀，无需进行水力平衡调试，系统调试非常简单，而且各空调区域的水量符合设计要求且采用变水量运行，避免出现了空调区域冷热不均的现象。从目前电厂空调系统的实际运行效果及系统维护情况来看，动态流量平衡阀的应用是成功的。
6.结论
通过近年来几个工程中应用后的运行效果说明，在电厂集中空调水系统中采用动态平衡电动阀是可行的，既能简化设计、施工、调试，又能自动保持系统的水力平衡方便系统投运后的运行管理，同时提高水泵及制冷机组的运行效率，水泵变频运行也能降低空调系统运行费用。
参考文献
[1] Robert Petitjean著 全面水力平衡暖通空调水力系统设计与应用手册[M] 中国工业出版社，2007.
[2]参考资料：FlowCon动态流量平衡阀的技术文件
作者简介：盛帮明(1972-)，男，工学学士，高级工程师，主要从事火力发电厂暖通空调设计，通讯地址：211102江苏省南京市江宁区苏源大道58-3号江苏省电力设计院B513
论文作者:盛帮明
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/16
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