1 概述
    光热发电是可再生能源发展的重要支撑点之一，配置高效的储热系统可使光热电站发挥更可靠的调峰能力，为电网提供更为稳定的电力。在当前的光热发电领域，熔盐作为储能传热介质已经得到了成熟的商业化应用，业界对熔盐储热技术的认可度也愈来愈高，具有很大的市场前景。
    光热发电采用熔盐作为储能传热介质，目前光热发电系统常用的二元盐（60%NaNO3+40%KNO3）熔点为 220 ℃，在 260 ℃以上呈液态状，且具有强氧化性，工作温度一般为 390~575 ℃，设计温度为600 ℃。熔盐阀即应用于熔盐介质控制的阀门，作为储能系统中的关键设备，影响整个系统运行的安全性和可靠性。在高温熔盐储热系统具有介质腐蚀性强、运行温度高、凝固点较高、运行温差变化大等特点的严苛工况下，传统技术制造的阀门难以适应熔盐介质的特性。高温强氧化性使得阀门常用的密封材料氧化失重松弛，产生严重泄漏。熔盐在 260 ℃ 以下开始凝固，使得阀杆失去了可操作性；熔盐易结晶堆积，导致阀门无法关闭。在交变温度、压力作用下，使得阀门密封失效等。
    熔盐阀常用的种类包括闸阀、截止阀、蝶阀等，需要根据所需的具体参数进行设计生产。其中，截止阀密封性能好，不容易卡塞，占用空间相对较小更适合于高温熔盐储热系统的工况。
2 设计要点
2.1 阀体结构
    目前，常用的截止阀阀体基本结构形式主要有T 形和 Y 形。T 形流道较为复杂，流阻较大，且阀体下腔可能存留积液，无法彻底排放，当温度低于结晶温度时，容易固化，导致阀门堵塞。Y 形结构因其直流流道既可减小流阻，阀体下腔也不会存留积液，可以有效地避免阀门堵塞。阀体通道应采用全径结构，不建议采用缩径，并且，应尽量在阀门内部减少钝边、拐角类结构，保证阀门的壁厚均匀，以防止出现热量传递不均，产生阀门内局部熔盐结晶的现象。
    熔盐在低于 260 ℃时易产生结晶现象，尤其是波纹管加高阀盖端，腔体细长，热量损耗较大，极易结晶。为了避免阀门产生结晶现象，通常可采用伴热工艺结构来解决，目前常用的伴热工艺主要有蒸汽伴热和电伴热。蒸汽伴热为老式的伴热方式，前期投入较大，如前期的锅炉建设，管路布置等，后期维护成本也较高，平时需要安排定时维修、更换，还会经常出现跑、漏、冒等现象。另外，其伴热温度不易于控制，伴热温度不均匀，而且蒸汽伴热距离不能太长，否则容易形成液袋，影响伴热效果。电伴热是一种比较新型和成熟的伴热方式，主要由金属保温套、温度传感器、温度控制器、加热电缆、控制箱等组成。电伴热升温速度较快，热效率较高，安装便捷，操作方便，可拓展性强，通过计算机可实现远程控制管理。电伴热通过温控器或温控系统进行控温，控温精确，伴热均匀，且运行费用远低于蒸汽伴热，装置便于维护。因此，电伴热可以作为优选设计方案（有防爆要求时慎用）。
    在控制阀门外漏方面，主要考虑阀杆密封和中法兰密封 2 个关键部位。首先，在阀杆密封方面，考虑到交变温度以及阀杆动密封的影响，阀杆密封处应采用金属波纹管、耐高温填料以及倒密封的三重密封结构形式，满足零泄漏的要求。在波纹管结构设计时，考虑到介质的冲刷，波纹管设计在阀盖内腔，无论阀门在开启或关闭状态，介质都不会对波纹管直接冲刷，大大提高了波纹管的使用寿命（图 1）。在密封填料材质的选择上，因高温硝酸盐熔盐和石墨会发生氧化反应，石墨填料很容易被氧化而失效，因此，在该工况下需采用耐高温云母填料作为波纹管辅助密封，以保证阀杆密封的可靠性。其次，在中法兰密封处，因考虑到高温和交变温度工况时螺栓的蠕变性对密封性能的影响，中法兰紧固件采用碟簧预紧方式紧固，加强螺栓在热胀冷缩后的自动补偿紧固，且中法兰垫片应采用榫槽面结构，密封效果更好。

2.2 材质选择
    根据 ASME B16.34 或 GB/T 12224 的要求，对于工作温度不高于 425 ℃的工况，壳体材质可选用A105、WCB 等碳钢材质，对于温度高于 425 ℃的工况宜采用合金钢或奥氏体不锈钢材质（如 F11、F22、WC6、WC9、CF8C、CF8M、F321、F347、F304H、F316H等），对于温度高于 538 ℃的工况，奥氏体不锈钢含碳量应控制在 0.04%以上，以提高材料的高温强度。内部构件应选用性能不低于壳体的材质。
2.3 气动执行器
2.3.1 推力确定
从经济性方面考虑，执行器推力可依据介质实际工作压力进行计算确定，无需按照公称压力设计，降低制造和使用成本。具体受力分析如图 2 所示。

阀门关闭时（图 2a），所需输出力

阀门开启时（图 2b），所需输出力

    气缸推力应大于计算所得数值，计算实际比压应小于密封面材料的许用比压。选择阀门关闭和开启所需作用力较大的作为设计气缸缸径的依据。安全系数一般选择在 1.3~1.5 倍之间。
2.3.2 选用原则
    气缸主要分为单作用和双作用类型。单作用气缸通过弹簧复位，在气路故障时（断电或断气），容易实现故障关或故障开。双作用气缸开启或关闭都需要气源来实现，通常情况下，在系统故障时，保持在故障前的位置，也可根据需要，改变气路设计，增加备用气源，实现故障开启或关闭的目的，其气路比单作用气缸复杂。在相同缸径的情况下，单作用气缸较双作用气缸输出力小，因此，在所需输出力相同的情况下，单作用气缸较双作用气缸缸径要大，价格也相对较高。因此，在所需大推力、较大行程的情况下，建议选用双作用气缸。
3 结语
    光热发电熔盐用气动波纹管截止阀作为高温熔盐储热系统中的重要组成部件，其可靠的密封性能、流线型流道设计以及精确、高效的电伴热系统保证了阀门在使用过程中的性能。采用气动执行机构操作，可实现紧急切断以及远程控制功能。