091pv155高壓蒸汽減壓閥運行分析與改造設(shè)想

1、091PV155高壓蒸汽減壓閥運行分析與改造設(shè)想,肖書舟(中國石化股份公司安慶分公司物供中心,安慶 246001),,摘要：通過分析091PV155高壓蒸汽減壓閥的結(jié)構(gòu)特點，闡述該閥的運行現(xiàn)狀與故障原因，并提出采用先導(dǎo)式平衡閥芯結(jié)構(gòu)和閥芯套筒式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的改造設(shè)想。主題詞：高壓蒸汽減壓閥 運行故障分析 結(jié)構(gòu)改造 設(shè)想 安慶分公司化肥二部有兩臺意大利“PIGNONE”生產(chǎn)的蒸汽減壓閥，位號為091PV155和091PV164

2、，分別是高壓蒸汽減壓閥和中壓蒸汽減壓閥。它們在工藝上的作用都很重要，特別是091PV155（以下簡稱為155閥）是蒸汽系統(tǒng)關(guān)鍵控制點，安裝于合成氣壓縮機透平旁路，它的運行狀態(tài)的好壞，直接影響到化肥板塊的安全生產(chǎn)。事實上，該閥經(jīng)常發(fā)生滯后或閥卡等故障，曾給化肥板塊的安全生產(chǎn)帶來巨大威脅。同時，現(xiàn)在購買該閥整臺備件，價格極其昂貴。因此，本文將從它的工藝作用、結(jié)構(gòu)特點等方面著手，分析該閥的故障原因和現(xiàn)狀，并提出采用先導(dǎo)式平衡閥芯結(jié)構(gòu)和閥芯套筒

3、式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進行改造的設(shè)想。,一、 155閥的工藝作用二 、 155閥的性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點三 、 155閥的故障分析和運行現(xiàn)狀四 、 155閥的改造設(shè)想,目 錄,一.155閥的工藝作用,圖一 155閥的工藝自控圖,一.155閥的工藝作用,圖一為155閥的工藝自控圖，其作用是： (1)開車時，來自電廠的高壓蒸汽通過155閥減壓后進入中壓蒸汽管網(wǎng)，以保持高壓蒸汽管網(wǎng)壓力穩(wěn)定； (2)當(dāng)KT1501

4、開車時，隨著其轉(zhuǎn)速的提高，155閥的開度逐漸減小，直到關(guān)閉； (3)正常生產(chǎn)時，155閥處于關(guān)閉狀態(tài)，高壓蒸汽全部進入KT1501，KT1501耗用約40T/h，剩余部分抽出并入中壓蒸汽管網(wǎng)； (4)當(dāng)KT1501事故停車時，155閥應(yīng)立即打開，使原進入KT1501的高壓蒸汽改由155閥減壓后進入中壓蒸汽管網(wǎng)；若155閥不能滿足這一要求，高壓蒸汽管網(wǎng)就會超載，高壓蒸汽安全閥就會起跳，而導(dǎo)致工藝、設(shè)備事故的

5、嚴(yán)重后果?；视透拿喉椖恐?，對高壓蒸汽管網(wǎng)進行了改造，增加了高壓蒸汽壓力控制閥（PV1000）和手操放空閥（HV1001），完善了高壓蒸汽系統(tǒng)的控制，大大降低了155閥的故障風(fēng)險。,二.155閥的性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點,2.1 性能參數(shù),155閥的性能參數(shù)見下表：,二.155閥的性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點,2.2 結(jié)構(gòu)特點,圖二 閥體部件結(jié)構(gòu)圖,155閥的閥體部件結(jié)構(gòu)見圖二，其特點如下： (1).閥籠 這是該閥最關(guān)鍵的部件，它

6、由內(nèi)籠（閥座）和外籠兩部分組成。該閥能把高壓蒸汽減壓到中壓蒸汽就是通過閥籠來實現(xiàn)的。此閥籠流路長而復(fù)雜，造成較大的阻力系數(shù)，使介質(zhì)蒸汽在閥體內(nèi)腔里能耗增大，從而達到減壓的目的。 從調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理來看 (ξ—調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù),A—調(diào)節(jié)閥連接管的橫截面積) 由于流路復(fù)雜，ξ較大，并且隨著開度的變化，ξ變化較小，而且閥上壓降占系統(tǒng)壓降的比值S較大，接近于1，管道上的壓力降所占比重很小，這就使閥由

7、全關(guān)到全開時，閥上的壓降變化很小，基本保持恒定，從而滿足了工藝壓降穩(wěn)定的要求。,二.155閥的性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點,,二.155閥的性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點,,同時，該閥籠還具有降噪音的特點，其降噪音能力和閥的流量特性由閥籠級數(shù)及其上所開孔的大小、數(shù)量和排列來決定。(2).閥芯 該閥芯很長（1283mm），兩頭粗（φ130mm），中間細(xì)（φ52mm）,閥芯密封截斷尺寸稍大（φ135mm），由于上下受力面積相差不大，故閥芯所受不平衡力較小，屬于

8、內(nèi)平衡式閥芯結(jié)構(gòu)，其兩頭導(dǎo)向部分和密封截斷面處堆焊司特立合金，以增加硬度。(3).執(zhí)行機構(gòu) 該執(zhí)行機構(gòu)是氣動膜片和活塞（有效直徑φ450mm）混合型結(jié)構(gòu)，輸出推力較大，行程較長，且由于活塞膜片的有效面積在動作過程中變化很小，彈簧剛度、材料性能穩(wěn)定，所以執(zhí)行機構(gòu)的理想線性較好。,三.155閥的故障分析和運行現(xiàn)狀,,3.1 故障分析,155閥在我廠裝置的開車與運行中曾發(fā)生過多次故障，嚴(yán)重威脅過全廠正常開車或運行中的設(shè)備安全。在2001年

9、度的大修開車、運行及停車中也不例外。其故障歸結(jié)為以下三個方面：(1).動作滯后，有閥卡現(xiàn)象。造成閥卡的原因如下： 執(zhí)行機構(gòu)輸出力不足夠大 該閥的彈簧范圍為1.96-3.62（bar），而氣源壓力定為4.2（bar），在正常情況下，其輸出力是夠的，但如果該閥在運行中由于意外原因（如填料過緊、閥芯彎曲等）造成摩擦阻力增大時，輸出力就明顯不夠，造成卡死。又因為該執(zhí)行機構(gòu)是氣動薄膜混合型結(jié)構(gòu)，其輸出力除在兩個端點外，都不能達到最大，

10、很容易造成滯后。,三.155閥的故障分析和運行現(xiàn)狀,閥芯不同軸度和彎曲變形，造成摩擦副之間摩擦力增大。 該閥芯最早采用三段式閥芯，后因同軸度達不到要求而改用一段式平衡閥芯，閥芯的平衡式與Cv值要求其中間頸部不能過粗，在64kgf/cm2的壓差與側(cè)向力作用下，該閥芯極易彎曲變形。另外，對于17-4PH材質(zhì)的閥芯，長期在高達510℃高溫中運行是不合適的(17-4PH的理論最高操作溫度不高于427℃)，存在材質(zhì)高溫蠕變問題，這也是閥芯變形

11、的重要原因。 閥體部件的相對運動件發(fā)生拉毛，造成阻力增大。 155閥的閥體部件的相對運動件包括閥芯與閥籠、閥芯與上下導(dǎo)向套、閥芯與上下填料及壓蓋等，在長期運行中，由于側(cè)向力、同軸度及彈簧座與閥芯的垂直度等因素的影響，導(dǎo)致相對運動件之間發(fā)生拉毛現(xiàn)象，影響到它們的表面粗糙度，最終造成阻力增大。,,三.155閥的故障分析和運行現(xiàn)狀,,密封填料的摩擦力較大。 原155閥的填料是石墨石棉盤根，壓緊了抱得過死，壓松了造成外漏，后改為柔性石

12、墨填料，既增強了自潤滑能力，又提高了密封效果。但是，若柔性石墨填料的內(nèi)徑過小或閥芯導(dǎo)向部分的表面粗糙度降低，其摩擦力將大大增加，甚至將直接導(dǎo)致閥卡，強行運動將導(dǎo)致柔性石墨填料的損壞而造成嚴(yán)重泄漏。 事實上，155閥的實際彈簧線性很不理想，單校膜頭時，其最大變差高達8%，甚至超過10%以上，整體單校時，其最大變差高達12%以上，甚至超過20%，帶定位器聯(lián)校時，其最大變差也高達8%以上（按要求：單校膜頭最大變差低于5%，帶定位器聯(lián)校最大

13、變差低于3%），當(dāng)壓縮機跳車時，工藝要求其開度快速達到25%，在摩擦阻力增大的情況下，確實難以實現(xiàn)。我們曾采取在其下填料處備用一小型氣缸，必要時用來增加推力。,三.155閥的故障分析和運行現(xiàn)狀,,(2).閥籠損壞，減壓能力喪失。 該閥內(nèi)外閥籠最早采用三只M6頂絲固定，我們曾在大修中發(fā)現(xiàn)155閥芯外籠頂絲斷了兩根，外籠碎裂，閥籠外圈面上的隔片大部分?jǐn)嗔?，減壓能力大幅降低。 其主要原因有：外籠固定強度不夠；隔片根部圓角過小造成隔片根

14、部應(yīng)力集中；內(nèi)外閥籠間隙過大，頂絲固定不牢，易受到高壓蒸汽的沖擊而發(fā)生振動和撞擊。 我們將備件的隔片根部圓角增大，安裝時取消頂絲，內(nèi)外閥籠采用6點均勻點焊致牢后，未發(fā)生閥籠損壞現(xiàn)象。,三.155閥的故障分析和運行現(xiàn)狀,,(3).密封填料泄漏。 155閥的工藝條件苛刻，在各種因素的影響下，即使采用了柔性石墨填料，也經(jīng)常發(fā)生外漏現(xiàn)象，尤其下填料泄漏顯著，曾發(fā)生過必須采用帶壓堵漏以維持正常運行的情況（因為下填料承受著入口壓力的

15、沖擊）。,三.155閥的故障分析和運行現(xiàn)狀,,3.2 運行現(xiàn)狀,根據(jù)上述分析，我們曾對現(xiàn)場155閥采取過以下改進措施： 提高儀表氣源壓力到0.5MPa（G），以增大執(zhí)行機構(gòu)輸出力； 減小上下填料裝填壓緊力，增大柔性石墨填料的內(nèi)徑至φ130mm，以減小填料的摩擦力； 提高閥體部件相對運動件的表面粗糙度，減少意外阻力； 降低彈簧預(yù)緊力，并盡量減少其它意外因素，盡量增大閥芯的推力（包括千斤頂備用或采用增加氣缸來提高推力）。 采

16、用以上措施后，一段時間維持了生產(chǎn)。但由于采用了內(nèi)平衡式閥芯而使用的雙填料結(jié)構(gòu)，和該閥芯長、兩頭粗而中間細(xì)的特點以及材質(zhì)的高溫蠕變等因素，導(dǎo)致了閥芯運動阻力過大，最終還會造成該閥動作滯后或卡澀故障。因此，要從根本上解決這一隱患，必須從結(jié)構(gòu)上對該閥進行改造。,四.155閥的改造設(shè)想,,4.1 改造方案,我們本著“保存優(yōu)點，克服缺點”的宗旨，對155閥做如下改造設(shè)想，采用先導(dǎo)式平衡結(jié)構(gòu)和閥芯套筒式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)（俗稱子母閥），KT1501成套的高

17、調(diào)閥即采用該結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖三所示。 首先，將閥的流向改為側(cè)進底出，閥芯采用先導(dǎo)式平衡閥芯結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向采用閥芯套筒導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，封閉下閥蓋，填料函改為單填料函結(jié)構(gòu)。 其次，在上閥蓋上增加散熱片，防止填料過熱，抱死閥桿。當(dāng)閥門關(guān)閉時，先將小閥瓣關(guān)閉，此時由于活塞效應(yīng)(升降式高壓止回閥密封原理)，介質(zhì)壓差迫使閥芯關(guān)死；開啟閥門時，先開小閥瓣，此時閥芯處于平衡狀態(tài)，然后將閥芯提到所控制的開度。 第三，從工藝安全角度，增加該閥在氣源

18、故障下的保位功能，以防緊急停氣時，該閥有效控制在所需的開度，確保高壓蒸汽系統(tǒng)的安全。,四.155閥的改造設(shè)想,,圖三 閥門結(jié)構(gòu)改造示意圖,四.155閥的改造設(shè)想,,4.2 性能分析,4.2.1 Cv值分析,由調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理,和,可知，,改造前后Cv值之比,D——閥芯密封截面直徑（φ135mm），d——閥芯頸部直徑（φ52mm）,即 改造后的流通能力將比原來提高17.4%.,四.155閥的改造設(shè)想,,4.2.2 彈簧范圍

19、的確定,改造設(shè)計中，彈簧所需起始壓力為：,,P1——最大入口壓力， P2——閥后出口壓力 ，P導(dǎo)——閥芯套筒導(dǎo)向直徑， P膜——執(zhí)行機構(gòu)膜頭直徑 ，P桿——小閥瓣閥桿直徑 ， P座——閥芯小閥瓣座徑 ，,取閥芯小閥瓣座徑為φ40mm，閥芯套筒導(dǎo)向直徑為φ80mm，小閥瓣閥桿直徑為φ60mm，最大入口壓力117kgf/cm2，閥后出口壓力為38 kgf/cm2， 則 Po ≈1.32 kgf/cm2

20、因此，其彈簧范圍為1.32-3.28 kgf/cm2 （采用原執(zhí)行機構(gòu)）。,四.155閥的改造設(shè)想,,4.3 特點分析,根據(jù)以上改造設(shè)想，此種結(jié)構(gòu)與原閥相比有如下特點： 采用側(cè)進底出的流向，在保持線性流量特性的同時，能使流通能力增加15%-20%. 采用先導(dǎo)式平衡結(jié)構(gòu)，填料函由兩個減為一個，閥桿長度可縮短一半，與填料接觸的閥桿直徑可減少約60%，使用柔性石墨填料，可使摩擦阻力減少80%. 采用閥芯套筒導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，省去了下導(dǎo)向，提

21、高了導(dǎo)向精度，減少了相對運動件之間的運動卡阻現(xiàn)象的可能性。 該閥為常閉型（簧關(guān)），介質(zhì)壓差即可使閥自行關(guān)閉，膜頭的彈簧預(yù)緊力僅在開閥的瞬間用來克服小閥瓣上的介質(zhì)作用力與摩擦阻力，開閥后，閥芯達到內(nèi)平衡，此時只需克服較小的運動阻力?？梢姡捎迷瓐?zhí)行機構(gòu)后，該閥的開關(guān)都很輕松，不會出現(xiàn)輸出力不足的現(xiàn)象。 上閥蓋上增加散熱片，減少了閥桿與填料的熱膨脹程度，延長了氣密元件的壽命，有效地防止了氣開失敗。 采用先導(dǎo)式平衡結(jié)構(gòu)，泄漏等級可提高到

22、CLASS V，減少內(nèi)漏，顯著提高了使用效率，降低能耗。,小 結(jié): 通過以上分析，155閥的改造設(shè)想中既保留了老閥開關(guān)時內(nèi)壓平衡的優(yōu)點，又通過改變流向和改造閥芯結(jié)構(gòu)，從根本上解決了閥卡或調(diào)節(jié)滯后的故障，同時在保證流量特性的前提下，提高了流通能力。 另外，改造中充分利用了原閥的零部件，僅需加工小閥瓣、閥芯套筒、閥桿、帶散熱片的上閥蓋、下閥蓋盲板以及柔性石墨填料，并按照所確定彈簧范圍進行調(diào)試即可，投資極少

23、，節(jié)能降耗。 該改造設(shè)想標(biāo)本兼治，節(jié)約投資，降本增效，切實可行。,參考文獻:1. [美]J．L．萊昂斯編著. 閥門技術(shù)手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，19912. 吳國熙編著. 調(diào)節(jié)閥使用與維修. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19993. 明賜東. 調(diào)節(jié)閥應(yīng)用. 成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，19894. Fisher. Control Valve Handbook. Marshalltown, 1977,Thank Yo