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高温高压疏水阀常见的损坏现象、原因及解决办法


目前在高参数超临界、超超临界发电机组及带联合循环的燃气轮机电厂中,由于机组启停次数多、疏水温度压力高、运行工况恶劣等问题,造成用于高温高压疏水及排污的截止阀使用寿命很短,原来国内外用于疏水、排污的截止阀一般采用在阀体上加工出阀座,并采取堆焊的方式提高硬度。靠阀芯和阀座的接合来关断流体。这种设计阀座与阀芯接合处既是密封面,又是阀门在开关过程的节流面。极易被冲蚀损坏,且损坏后维修、更换阀门工作量大,成本高。

 一般高温高压疏水阀常见的损坏现象及原因




拆解观察损坏的疏水截止阀,会发现阀芯(阀瓣)、阀座在密封面附件冲蚀严重,正是这种冲蚀造成了阀门的内漏,大部分的疏水阀所承受的压差并不算很高,为什么会形成这么严重的冲蚀呢?阀门全关时,阀内没有流体通过,冲蚀不会形成;阀门全开时,阀门近似类同于管道,所形成的冲蚀也不足以破坏阀门。而在阀门开关过程中或者阀门实际关不严的情况下,阀内会形成节流,节流部位会伴随有压力和流速的变化:压力降低、流速升高。阀门内压力变化过程如下图中红色虚线或蓝色实线所示:

 

在节流部位压力急剧下降,此时压力不光低于阀前压力,甚至会低于阀后压力,随着节流结束,压力又逐渐回复到阀后压力。在这个过程中,如果阀后压力低于流体的饱和压力,则在节流过程中会发生闪蒸现象(如图中蓝色实线所示),阀后压力如果高于饱和压力,则节流过程中所形成的气泡会破裂而形成气蚀(如图中红色虚线所示),闪蒸和气蚀是形成阀门损坏的主要原因,其对阀门内件形成的破坏比单纯大压差形成的破坏要厉害得多。在阀后设计压力高于饱和压力的情况下我们可以采用多级节流的方式(如图中红色实线所示)来避免气蚀的发生,但当阀后压力低于饱和压力时则闪蒸无法避免,这正是疏水阀易被损坏的原因(疏水阀后压力一般设计都低于饱和压力)。


阀门长时间处于节流状态则会引起阀门因闪蒸和气蚀破坏,那么什么时候阀门会处于节流状态呢?


1、 阀门开关过程


阀门从全关到全开的过程中不可避免的要经过节流从最大到最小的变化过程,这个过程和阀门关闭的过程同样是闪蒸和气蚀发生最厉害的过程,所以高温高压阀门在频繁的开关过程中容易损坏并不是因为磨损,而是因为在这个过程中发生了气蚀和闪蒸。


2、安装使用不当时


因安装使用不当而导致的阀门泄露在电厂中占到一定的比例,最常见的就是电动门在安装调试时为了保护电动执行机构而导致阀门关不严,热工人员一般在调试电动头时,在把阀门关死后要回转电动执行机构一点,以保证电动头不被卡死,但回转的这一点不好把握,经常会造成回转以后阀门实际没有关到位,从而使阀门从一安装好就处于微开状态,这种状态下很短时间内阀门就会被彻底冲蚀损坏。


3、选型及匹配不当时


 选型匹配问题主要出现在阀门和执行机构的匹配上,目前在使用的疏水截止阀有比较大的一部分采用下进上出的流道设计,这种情况下当执行机构给出的关阀力不能克服阀前流体的压力并给出足够的压紧力时,阀门就会出现内漏。比较常见的就是刚开机或阀前压力不高的情况下,阀门关闭严密,一旦阀前压力升高则出现泄露。

 

 GTK-Z型截止阀简介


针对恶劣工况下的疏水阀,开发生产了组合密封式疏水截止阀,可根据用户需要配装气动、电动执行机构或操作手轮。


其特点如下:


1、阀内节流面和密封面分开



由于疏水阀内工质一般接近饱和工况,阀内节流后的压力变化会使水气化从而形成闪蒸、气蚀。节流面和密封面分开的设计使闪蒸、气蚀的损害在阀套空腔内及节流面处进行,不至于损坏密封面。传统截止阀无节流装置,高温高压流体直接冲击密封面,且密封面处一般为节流处,导致气蚀就发生在阀门密封面处,从而很快就使密封面因气蚀而破坏。


2、阀内件采用活座结构



 

阀座可方便的进行更换而不需更换阀体。传统的高温高压截止阀大多采用在阀体上加工阀座(密封面)的方式,这种方式虽可有效降低生产成本,但一方面限制了在阀座上进行精细加工及热处理的可能,另一方面使得一旦阀座损坏严重则必须更换整个阀门,检修工作强度大,检修工期长。


3. 独特的组合密封设计



a、 阀门开启


阀门开启时,首先是主密封开启,上下辅助密封依次开启,直至下密封开启前,阀门中存在的流量就是阀芯和阀套之间的间隙漏流量,又因为下密封处有密封环,使此时的漏流量只是额定流量的千分之一左右(以DN25阀门为例)。而且如果阀门的主密封面已经完全损坏,阀门也是会保持这个漏流量。

 




b、阀门开启后


在阀门下密封打开后,阀门开始过流,此时阀门下密封面处的流通面积始终小于主密封面处的流通面积,这样就不会在主密封面附近形成节流,主密封面处压力一直比较稳定、流速较低。而由于在下密封面处形成节流,所以压力会降低,流速会增大,使气蚀、闪蒸及冲刷损坏都发生在下密封面处。这样就形成了对主密封的保护。

 


 

(阀内流速分布图)

 


 

   (阀内压力分布图)


c、  关阀


阀门关闭的过程和阀门开启过程正好相反。


4.  密封面


主密封面采用线密封,使金属密封面更易发生弹性变形,填补密封接触面的微观间隙,真正做到零泄漏。


 

5.  阀内件


选用优质钢材,热处理后表面硬度达到洛氏70度左右,而传统截止阀一般采用密封面堆焊硬质合金的工艺,硬度通常只能达到洛氏50多度。


6.  执行机构之间的连接


当客户选用电动执行机构时,阀门和电动头之间通过我公司生产的柔性连接件连接,既能保证电动执行机构不会因过力矩而保护,又能保证阀门在使用电动执行机构时能关严。

 


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