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    泵閥學院

    進口高壓蒸汽減壓閥的國產化改造
    2018-12-18 09:02 中國泵閥制造網 作者:佚名 點擊:2414
    【中國泵閥制造網 行業論文】采用焊接連接方式,先導閥芯結構可以保證V級密封,執行機構配有熱備手動旁路。在實際使用過程中,發現閥門振動大,并多次出現填料泄漏、閥桿震斷等現象。據統計,自2014年7月至2015年6月,該閥共發生各類故障46次,造成裝置降負荷13次,引起裝置跳車1次。該閥頻繁發生故障己嚴重威脅到了裝置的穩定運行,為此該公司對高壓蒸汽減壓閥進行了一系列改造。

    鳳建剛

    (神華寧夏煤業集團烯烴一分公司,寧夏銀川75011)

    摘要:高壓蒸汽減壓閥在使用過程中出現了填料反復泄漏、閥桿斷裂、閥門振動大等問題,通過采取加深填料函、改型執行機構、改變推桿與閥桿連接力式、更換閥門套筒及平衡密封環材質等措施,實現了該閥從結構到材料,從設計到安裝的徹底改造。

    從改造后的使用效果看,以上問題均已得到解決,進而確保了全廠蒸汽管網的平穩運行。

    關鍵詞:調節閥 填料 振動 套筒

    某公司烯烴裝置高壓蒸汽減壓閥可將9.8 MPa蒸汽減壓至4.1 MPa后進入4.1 MPa蒸汽母管,供全廠中壓蒸汽用戶使用。該閥采用進口品牌,規格為DN 200 , C1ass2500,設計質量流量17o r/h,材質為12Cr1MoVU,采用焊接連接方式,先導閥芯結構可以保證V級密封,執行機構配有熱備手動旁路。在實際使用過程中,發現閥門振動大,并多次出現填料泄漏、閥桿震斷等現象。據統計,自2014年7月至2015年6月,該閥共發生各類故障46次,造成裝置降負荷13次,引起裝置跳車1次。該閥頻繁發生故障己嚴重威脅到了裝置的穩定運行,為此該公司對高壓蒸汽減壓閥進行了一系列改造。

    1 填料泄漏原因分析及改造措施

    1.1 填料泄漏

    填料泄漏的原因通常包括:填料函內壁粗糙度增大;閥桿與推桿不同軸時,導致填料壓扁發生泄漏;閥桿表而加工精度不夠,粗糙度未達到要求;閥桿強度不夠,致使輸出力過大時,閥桿彎曲發生泄漏;填料函深度不夠,填料的規格與數量達不到要求,因而無法起到密封作用。

    1.2 改造措施

    該閥采用石墨成型填料,自投入使用以來,平均每月填料出現泄漏2次,通過查閱閥門設計相關資料,填料材質選擇正確,但依據填料函深度理論計算公式:

    減壓閥 閥桿 閥門 調節閥

    式中:H——填料函深度,mm,P——密封壓力,MPa;D——填料函孔徑,mm;d——閥桿直徑,mm。

    當p=10 MPa, D=41. 5 mm, d=35.0 mm,經計算該閥填料函深度理論值應為30.7 mm實測值僅為23.0 mm,根據計算結果得出泄漏的原因可能是填料函深度不夠。高壓蒸汽減壓閥閥門填料如圖1所示,該閥原設計填料為4組,閥桿側傾受力不對稱時,4組填料導向不足,單向擠壓后發生變形,高壓及高頻振動環境下極易出現填料泄漏。根據計算結果加深了填料函深度,并增加了2組填料,一方而增強了填料的導向功能;另一方而增加了填料壓縮量,增大了密封而積。改造后,該泄漏問題得以解決。

    減壓閥 閥桿 閥門 調節閥

    圖1高壓蒸汽減壓閥閥門填料示意

    2 執行機構故障原因分析及改造措施

    2.1 執行機構故障原因分析

    由于現場閥門振動大,閥門在使用過程中反復出現了閥門執行機構推桿和閥桿斷裂的情況,導致閥門失控,蒸汽管網壓力波動。后經測試發現執行機構推桿與閥桿不同心,在推桿與閥桿脫開自由伸展的情況下,推桿左右偏移量最大可達5 mm。若把推桿和閥桿通過連接螺母強行連接后,推桿會產生1個徑向作用力,該作用力長期在高頻振動環境下,會因金屬疲勞出現推桿或閥桿斷裂的情況。除加工制造問題外,該執行機構在設計上也存在如下缺陷:

    1)執行機構頂部手輪絲杠防轉壓板材質薄弱,磨損后會造成絲杠轉動,導致執行機構推桿和閥桿不同心。

    2)執行機構彈簧無導向和固定措施,彈簧在伸縮過程中可以自由擺動,造成推桿上下動作不垂直,有傾斜現象,造成閥桿受力不均勻。

    3)執行機構推桿和閥桿連接螺母絲扣少,固定不牢固,振動情況下會造成螺絲松動,導致閥桿脫落。

    2.2 改造措施

    出現該問題的原因主要是執行機構設計時推桿部分未考慮采用導向結構形式,通過向中國閥門廠家咨詢,若在原有執行機構上進行改造,因執行機構先天設計不足改造空間有限,難以深入改造,該公司最終決定對執行機構重新選型。此次選型要求推桿與閥桿的連接形式必須由原來上下間隙對稱對夾式改為左右實體對稱對夾式,增加了連接塊有效夾緊而積,用來克服推桿側傾不同心力,同時還要考慮填料改造后增加的摩擦力。重新選型的執行機構,采用多彈簧式結構設計,質量輕、體積小、推力大、耐高溫,與原閥連接簡便,能夠確保閥門嚴密關斷。改造后該執行機構問題得以解決。

    3 現場閥門振動大原因分析及改造措施

    3.1 振動大原因分析

    原閥門套筒分為上下兩部分,上套筒起導向作用,下套筒為條狀流量窗口,閥芯為先導式結構。該閥閥前壓力9.8 MPa,閥后壓力4.1 MPa,關閉閥后壓力、工作壓差較大,在使用過程中閥門自身振動明顯,閥桿處振幅平均在318μm/s左右,使用過程中除閥桿、推桿多次震斷外,還多次出現因振動導致固定螺栓松動、定位器故障等問題。

    通過查閱閥門設計選型相關資料,閥門振動的原因主要來自于閥體本身產生的噪聲。閥門產生的噪聲有3種類型:機械噪聲、液體動力噪聲、氣體動力噪聲。

    1)機械噪聲主要來自閥芯、閥桿和一些可以活動的零件,以及由于流體壓力波動、沖擊而產生的振動。

    2)液體動力噪聲是由于液體流過調節閥節流孔時,由于節流口而積的急劇變化,流通而積縮小,流速增大,流體靜壓力減小,因而容易產生阻塞流,進而產生閃蒸和空化的作用。

    3)氣體動力噪聲是氣體或蒸汽流過閥門節流孔時產生的。氣體和蒸汽都屬于可壓縮流體,當流速比聲速低時,噪聲是因為調節造成的紊流現象而產生的,當氣體的流速大于聲速時,流體中產生的沖擊波,導致噪聲加劇。根據閥門實際使用工況,重新計算閥門數據后發現,閥內流速最低為149 m/s,最高可達180 m/ s,噪聲己超過100dB,足以形成強大的破壞力,從而引起閥門強烈地振動。

    3.2 改造措施

    經分析,閥門振動大的主要原因為套筒未采用降噪結構,通過查找資料,噪聲的治理可以通過設計特殊的結構,如降噪聲孔板、擴散式消聲器等,來減弱沖擊波并消弱噪聲。此次改造將下套筒由平行窄條套筒改為低噪音孔型套筒,用以減少紊流并在擴散而積上提供1個合適的速度分布,這種經濟的獲得靜音閥門設計的方法可以減少10 ~20 dB噪聲,而閥門的流通能力稍有或沒有減少。另外,為提高平衡密封環耐高溫、耐振動的性能,改造時還將原閥芯上的平衡密封環槽由1道增加為2道,并將平衡密封環由原來的機械碳材質改為高鎳鑄鐵材質。閥門改造上線后,閥門振動大幅降低,閥桿處振幅下降到122μm/s左右。

    4 結束語

    經過由外及里、由簡到難的改造過程,陸續解決了閥門填料頻繁泄漏,執行機構推桿、閥桿多次斷裂,閥門振動大的問題,并為今后的閥門問題處理積累了豐富的實踐經驗。

    參考文獻:

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    [2]全國化工設各設計技術中心站,全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會壓力管道分技術委員會.工業閥門選用指南[M].北京化學工業出版社,2014.

    [3]陸培文.實用閥門設計手冊[M].北京機械工業出版社,,2007.

    [4]吳宗澤.機械設計實用手冊[M].北京:化學工業出版社,,2003.

    [5]王渭.JB/T 12797-2016煤化工裝置用閥門——技術條件[S].北京:機械工業出版社,2016.

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    (來源:中國泵閥第一網)

    本文標簽: 減壓閥 閥桿 閥門 調節閥 
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