鍋爐給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥常見損壞原因分析及改進(jìn)措施

陳建強(qiáng)

摘要：通過闡述3×160t/h循環(huán)流化床鍋爐主給水國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥的損壞情況，分析了鍋爐主給水系統(tǒng)高壓差調(diào)節(jié)閥運行過程中的損壞原因，針對DN100 ANSI600主給水調(diào)節(jié)閥閥籠、閥芯的損壞情況及故障分析，提出了一種新的改進(jìn)措施。經(jīng)驗證，新結(jié)構(gòu)解決了原閥內(nèi)件易損的情況，能夠滿足鍋爐給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥長周期、可靠運行的要求。

Abstract： This paper describes the damage of the domestic control valve in 3×160t/h circulating fluidized bed main feed water system，and analyzes the cause of the damage during the operation of the boiler main feed water system high pressure difference control valve. To the damage and failure analysis of valve cage and plug of DN100 ANSI600 main feed water domestic control valve， this paper puts forward a new improvement measure. The test shows that new structure solves the vulnerability of the original valve trim， it can meet the requirements of the boiler feed water system control valve for long-term and reliable operation.

關(guān)鍵詞：鍋爐主給水調(diào)節(jié)閥;損壞情況;氣蝕;改進(jìn)措施

Key words： main feed water control valve;damage condition;cavitation;improvement measure

中圖分類號：TM621.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）30-0153-02

0 ?引言

國內(nèi)某煤化工企業(yè)動力站采用3×160t/h循環(huán)流化床鍋爐為整套裝置提供蒸汽。鍋爐在運行過程中，需要鍋爐主給水調(diào)節(jié)閥對進(jìn)鍋爐給水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，來滿足鍋爐用水需求。可是在生產(chǎn)中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鍋爐給水系統(tǒng)中國產(chǎn)鍋爐主給水調(diào)節(jié)閥震動大，噪音高，內(nèi)漏大，流量控制不穩(wěn)等故障，影響鍋爐長周期、正常運行。解體發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)閥閥籠、閥芯局部存在氣蝕損傷，閥芯有沖刷，基材缺失，嚴(yán)重時出現(xiàn)閥桿斷裂等現(xiàn)象。為了解決以上存在的問題，根據(jù)氣蝕、沖刷及斷裂產(chǎn)生原因，結(jié)合系統(tǒng)工藝，從調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)件的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)選擇方面進(jìn)行改進(jìn)，提出了解決和預(yù)防主給水調(diào)節(jié)閥損壞的有效方法。

1 ?氣蝕產(chǎn)生的條件

根據(jù)伯努利原理表述：p+1/2ρv2+ρgh=C，式中p為流體中某點的壓強(qiáng)，v為流體該點的流速，ρ為流體密度，g為重力加速度，h為該點所在高度，C是一個常量。它也可以被表述為p1+1/2ρv12+ρgh1=p2+1/2ρv22+ρgh，其推論為：等高流動時，流速大，壓力就小。在鍋爐主給水系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是節(jié)流元件，以國內(nèi)某煤化工裝置3×160t/h循環(huán)流化床鍋爐為例，鍋爐給水系統(tǒng)由給水泵提供高達(dá)17MPa來水壓力，來水經(jīng)過主給水調(diào)節(jié)閥（DN150 PN100）調(diào)節(jié)，閥后壓力可降至5MPa，調(diào)節(jié)閥前后壓差在閥門低負(fù)荷時最大達(dá)到12MPa以上。綜上所述，在正常運行過程中，主給水調(diào)節(jié)閥閥芯、閥籠節(jié)流處流速大幅度提高，壓力急劇下降。此時，如果流體經(jīng)調(diào)節(jié)閥節(jié)流處的壓力低于汽化壓力，將產(chǎn)生氣蝕或閃蒸現(xiàn)象。在調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座密封副連接處，介質(zhì)流速達(dá)到最大值，但此時介質(zhì)壓力最小，當(dāng)介質(zhì)壓力低于此處介質(zhì)的飽和壓力時，介質(zhì)氣化成氣體，形成氣泡，這種現(xiàn)象就叫閃蒸。在閥座閥芯密封副之后，流道流通面積加大，介質(zhì)流動速度開始下降，此處壓力并不能保持在飽和蒸汽壓力以下，而是隨著流速減小，壓力急劇上升，對閃蒸形成的氣泡進(jìn)行擠壓，造成氣泡破裂，破裂時產(chǎn)生的巨大沖擊力嚴(yán)重?fù)p傷閥芯、閥籠，形成氣蝕。

2 ?改進(jìn)措施

通過分析閥芯、閥籠氣蝕形成的條件，可以得出，氣蝕損壞的主要原因有：①在高壓差、高流速工況條件下，介質(zhì)在流經(jīng)閥芯、閥籠密封副時流速高、壓力急劇下降，低于此處的汽化壓力，產(chǎn)生氣蝕;②調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)件發(fā)生損壞是由于閥內(nèi)件材質(zhì)硬度無法抵抗氣蝕時產(chǎn)生的巨大沖擊力。

為了排除以上因素對閥門造成的損壞，可以從①降低閥芯、閥籠密封副處介質(zhì)流速，提高流出節(jié)流處的介質(zhì)壓力，不使介質(zhì)壓力低于汽化壓力，防止氣蝕的產(chǎn)生;②提高調(diào)節(jié)閥閥芯、閥座密封副處閥內(nèi)件材質(zhì)硬度，增強(qiáng)抗氣蝕、抗沖擊的能力。在閥門設(shè)計中，減小介質(zhì)流速一般采用對介質(zhì)流道進(jìn)行“S”型流道設(shè)計，使介質(zhì)在流動過程中受流道流向及形狀等因素影響，在流動過程中逐步減緩流速，防止壓差急劇下降，排除氣蝕產(chǎn)生的條件。因此在實際操作中，我們將閥籠流道孔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，由之前單一的多孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)為采用多孔和串級的混合結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)見圖2），流體先經(jīng)過閥籠流量孔進(jìn)行第一級節(jié)流，再經(jīng)過二、三級連續(xù)串級節(jié)流。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過多層流道進(jìn)行逐級減壓，允許壓差大，介質(zhì)經(jīng)每級減壓后，對閥內(nèi)件沖刷力逐級減小，可以有效避免閃蒸和氣蝕工況的產(chǎn)生，流體通道呈S流線型，調(diào)節(jié)精度高，調(diào)節(jié)閥動態(tài)穩(wěn)定性好，改進(jìn)后的閥籠明顯改善了之前閥門存在振動、易受氣蝕、沖刷損壞，使用壽命短的情況。

循環(huán)硫化床鍋爐給水介質(zhì)是除鹽水，介質(zhì)單一，除鹽水從給水泵出口噴出，給水泵設(shè)計最高壓力可達(dá)20MPa，通過給水泵出口電動壓力調(diào)節(jié)閥，將介質(zhì)壓力調(diào)節(jié)至13MPa左右供至鍋爐主給水調(diào)節(jié)閥。此處的管道介質(zhì)壓力較高，對鍋爐主給水閥門的閥內(nèi)件沖擊造成損害較大，此時如果調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)件材質(zhì)硬度不足，無法抵抗介質(zhì)沖刷，容易導(dǎo)致閥內(nèi)件沖刷，基材缺失損傷，造成閥門內(nèi)漏。通過分析介質(zhì)化學(xué)性能并結(jié)合現(xiàn)場實際工況，我們對鍋爐主給水調(diào)節(jié)閥閥籠、閥芯、閥座進(jìn)行改進(jìn)，選用9Cr18MoV不銹鋼對原來的316L不銹鋼進(jìn)行替代。并對9Cr18MoV材質(zhì)進(jìn)行淬火熱處理，該材質(zhì)淬火后洛氏硬度可以達(dá)到HRC56-58，能有效抗擊高壓除鹽水的沖擊。同時，它的抗腐蝕性能也較強(qiáng)，能夠滿足該工況下閥內(nèi)件的耐腐蝕性要求。同閥芯、閥座密封副采用處堆焊鎳基合金以提高閥內(nèi)件表面硬度的工藝相比較，9Cr18MoV的淬火后硬度高于堆焊鎳基合金不銹鋼的硬度，同時，在滿足鍋爐主給水工況的條件下，它的經(jīng)濟(jì)性更佳。

3 ?結(jié)論

改進(jìn)后的閥籠結(jié)構(gòu)采用三級降壓結(jié)構(gòu)，使介質(zhì)壓力逐步從最高壓力降至閥后工作壓力，破壞了氣蝕形成的條件，閥籠、閥芯的使用壽命顯著延長。閥內(nèi)件選用高強(qiáng)度不銹鋼制造，材質(zhì)進(jìn)行淬火硬化處理，硬化處理后的閥芯、閥籠、閥座表面硬度較高，材質(zhì)抗氣蝕能力增強(qiáng)，滿足了鍋爐主給水調(diào)節(jié)閥長周期、可靠運行的要求。

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