091pv155高壓蒸汽減壓閥運行分析與改造設想

1、091PV155高壓蒸汽減壓閥運行分析與改造設想,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構特點，闡述該閥的運行現(xiàn)狀與故障原因，并提出采用先導式平衡閥芯結構和閥芯套筒式導向結構的改造設想。主題詞：高壓蒸汽減壓閥 運行故障分析 結構改造 設想 安慶分公司化肥二部有兩臺意大利“PIGNONE”生產的蒸汽減壓閥，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。事實上，該閥經常發(fā)生滯后或閥卡等故障，曾給化肥板塊的安全生產帶來巨大威脅。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、結構特點等方面著手，分析該閥的故障原因和現(xiàn)狀，并提出采用先導式平衡閥芯結構和閥芯套筒

3、式導向結構進行改造的設想。,一、 155閥的工藝作用二 、 155閥的性能參數(shù)和結構特點三 、 155閥的故障分析和運行現(xiàn)狀四 、 155閥的改造設想,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，以保持高壓蒸汽管網壓力穩(wěn)定； (2)當KT1501

4、開車時，隨著其轉速的提高，155閥的開度逐漸減小，直到關閉； (3)正常生產時，155閥處于關閉狀態(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； (4)當KT1501事故停車時，155閥應立即打開，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；若155閥不能滿足這一要求，高壓蒸汽管網就會超載，高壓蒸汽安全閥就會起跳，而導致工藝、設備事故的

5、嚴重后果?；视透拿喉椖恐?，對高壓蒸汽管網進行了改造，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閥的故障風險。,二.155閥的性能參數(shù)和結構特點,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)和結構特點,2.2 結構特點,圖二 閥體部件結構圖,155閥的閥體部件結構見圖二，其特點如下： (1).閥籠 這是該閥最關鍵的部件，它

6、由內籠（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。此閥籠流路長而復雜，造成較大的阻力系數(shù)，使介質蒸汽在閥體內腔里能耗增大，從而達到減壓的目的。 從調節(jié)閥的節(jié)流原理來看 (ξ—調節(jié)閥的阻力系數(shù),A—調節(jié)閥連接管的橫截面積) 由于流路復雜，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)和結構特點,,二.155閥的性能參數(shù)和結構特點,,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（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、內平衡式閥芯結構，其兩頭導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 該執(zhí)行機構是氣動膜片和活塞（有效直徑φ450mm）混合型結構，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，嚴重威脅過全廠正常開車或運行中的設備安全。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)行機構是氣動薄膜混合型結構，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的壓差與側向力作用下，該閥芯極易彎曲變形。另外，對于17-4PH材質的閥芯，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、閥芯與上下導向套、閥芯與上下填料及壓蓋等，在長期運行中，由于側向力、同軸度及彈簧座與閥芯的垂直度等因素的影響，導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徑過小或閥芯導向部分的表面粗糙度降低，其摩擦力將大大增加，甚至將直接導致閥卡，強行運動將導致柔性石墨填料的損壞而造成嚴重泄漏。 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斷裂，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、部應力集中；內外閥籠間隙過大，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)行機構輸出力； 減小上下填料裝填壓緊力，增大柔性石墨填料的內徑至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。但由于采用了內平衡式閥芯而使用的雙填料結構，和該閥芯長、兩頭粗而中間細的特點以及材質的高溫蠕變等因素，導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，必須從結構上對該閥進行改造。,四.155閥的改造設想,,4.1 改造方案,我們本著“保存優(yōu)點，克服缺點”的宗旨，對155閥做如下改造設想，采用先導式平衡結構和閥芯套筒式導向結構（俗稱子母閥），KT1501成套的高

17、調閥即采用該結構，其結構示意圖如圖三所示。 首先，將閥的流向改為側進底出，閥芯采用先導式平衡閥芯結構，導向采用閥芯套筒導向結構，封閉下閥蓋，填料函改為單填料函結構。 其次，在上閥蓋上增加散熱片，防止填料過熱，抱死閥桿。當閥門關閉時，先將小閥瓣關閉，此時由于活塞效應(升降式高壓止回閥密封原理)，介質壓差迫使閥芯關死；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閥的改造設想,,圖三 閥門結構改造示意圖,四.155閥的改造設想,,4.2 性能分析,4.2.1 Cv值分析,由調節(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閥的改造設想,,4.2.2 彈簧范圍

19、的確定,改造設計中，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——閥芯套筒導向直徑， P膜——執(zhí)行機構膜頭直徑 ，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）。,四.155閥的改造設想,,4.3 特點分析,根據(jù)以上改造設想，此種結構與原閥相比有如下特點： 采用側進底出的流向，在保持線性流量特性的同時，能使流通能力增加15%-20%. 采用先導式平衡結構，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%. 采用閥芯套筒導向結構，省去了下導向，提

21、高了導向精度，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），介質壓差即可使閥自行關閉，膜頭的彈簧預緊力僅在開閥的瞬間用來克服小閥瓣上的介質作用力與摩擦阻力，開閥后，閥芯達到內平衡，此時只需克服較小的運動阻力?？梢?，采用原執(zhí)行機構后，該閥的開關都很輕松，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。 采用先導式平衡結構，泄漏等級可提高到

22、CLASS V，減少內漏，顯著提高了使用效率，降低能耗。,小 結: 通過以上分析，155閥的改造設想中既保留了老閥開關時內壓平衡的優(yōu)點，又通過改變流向和改造閥芯結構，從根本上解決了閥卡或調節(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試即可，投資極少

23、，節(jié)能降耗。 該改造設想標本兼治，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. 閥門技術手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，19912. 吳國熙編著. 調節(jié)閥使用與維修. 北京：化學工業(yè)出版社，19993. 明賜東. 調節(jié)閥應用. 成都：四川科學技術出版社，19894. Fisher. Control Valve Handbook. Marshalltown, 1977,Thank Yo