水壓試驗閥技術研究

劉彩梅　修先翠

摘要：介紹了水壓試驗閩的應用，主要結構及選用方法，分析了鍛焊結構水壓試驗閥的性能，強調了鍛焊結構水壓試驗閥在電站工程中的應用價值，指出了水壓試驗閥設計和制造中的關鍵技術問題，為水壓試驗閥的有效生產提供了理論依據(jù)。

關鍵詞：水壓試驗閥；堵板閥；鍛焊結構

中圖分類號：TB663文獻標識碼：A文章編號：1672-3198(2009)12-0271-02

1概述

水壓試驗閥(堵閥)是一種電站鍋爐常用配套閥門之一，主要安裝在過熱器出口、再熱器人口及再熱器出口的蒸汽管道上，作為機組整體水壓試驗時的隔離裝置用。水壓試驗以后，堵閥可留在管道上作為通道使用。

2應用

目前，電廠一般都采用水壓試驗閥作為鍋爐機組整體水壓試驗時的隔離裝置。水壓試驗時，閥瓣組件裝入閥體內，用扳手調節(jié)螺釘，給閥瓣提供最初的預緊力。當水壓試驗介質壓力升高時，在介質壓力作用下，閥門達到可靠密封，而且介質壓力越大，密封性能越好。水壓試驗完畢后，取出閥瓣組件，裝入導流管組件，此時，閥門作為管道用，其內徑與鍋爐管道內徑相同時，可以消除渦流和擴容的影響，減小流阻，并保護閥座密封面不受沖刷，延長閥門使用壽命。

3結構及選用

水壓試驗閥主要有堵板式和翻板式二種結構形式，目前國內大多數(shù)機組均選用堵板式。圖1所示為用于300MW鍋爐再熱器出口管道上的堵板式結構的水壓試驗閥，型號為SD61H－64DN400，蒸汽最高工作溫度為350℃，工作壓力為6.6MPa。由閥體、閥蓋、密封環(huán)、四開環(huán)、試驗堵板、支撐板、預緊螺釘和導流管等組成，其具體結構組成與工作狀態(tài)有關。安裝在300MW鍋爐過熱器出口，再熱器人口，出口蒸汽官道上，作為水壓試驗的隔離裝置。采用壓力自緊式密封結構，兩端為焊接連接。采用平面O型圈密封，閥座采用不銹鋼堆焊而成。中腔密封環(huán)可采用增強柔性石墨或金屬密封環(huán)的內壓自密封結構。當機組整體水壓試驗時，需要用專用扳手調節(jié)調整螺釘，給閥瓣提供初始預緊力，當介質力作用于閥瓣時，密封力增加，達到可靠的密封。中腔部位采用壓力自密封結構。

管道試驗狀態(tài)時，支撐板和堵板安裝在閥門內部，擰緊預緊螺釘，使堵板密封面間產生一定的初始密封比壓，阻擋介質流向出口側，介質壓力使堵板與閥體密封面之間產生足夠的密封比壓，不論管道試驗介質壓力高低，均可保證密封，滿足對支撐板一側管道進行試驗。待試驗結束，去除堵板，安裝導流管和閥蓋等，此時閥門作為管道使用，下次水壓時可再次裝人堵板。

堵板式閥門正常使用時類似于一段管子，閥門流阻可忽略不計，對機組熱效率沒有任何影響。缺點是試驗時拆卸閥蓋、密封環(huán)等零件，費工費時，容易損傷密封環(huán)特別是金屬密封環(huán)，需要有備件。

4鍛焊結構水壓試驗閥

近年來，隨著超臨界、超超臨界火電機組大量投產運行，發(fā)電機組性能要求不斷提高，為確保鍋爐機組安全可靠運行，閥門的結構也在不斷的改進和完善，鍛焊結構水壓試驗閥的開發(fā)和應用已成趨勢。鍛焊結構水壓試驗閥閥體一般是由中閥體鍛件與兩端支管焊接組成的三片式閥體，閥門內腔零部件全部采用鍛件或板料。中閥體采用按常規(guī)鍛造工藝鍛制后機加工完成的長方體鍛件。兩端支管采用與鍋爐管道材料一致或同系列的無縫鋼管。四片式結構為中閥體由兩段組成，中閥體中腔部分直接鍛造成圓筒形，機加工量減小，中閥體下部分鍛造成方體加工成型后與閥體中腔部分焊接。隨著超臨界、超超臨界火電機組的大量投產運行，電站鍋爐對管道中水壓試驗閥的密封性、可靠性、安全性的要求越來越高，鍛焊結構閥體較鑄鋼件閥體強度更高，可靠性更好，可確保鍋爐水壓試驗的有效性和發(fā)電機組安全穩(wěn)定的運作。

對于大容量、高參數(shù)機組使用的水壓試驗閥，采用可靠性高，鍛造工藝好的鍛焊閥體是必要的。閥瓣、填料室、壓板等零件采用鍛件或板料，閥體中腔更加緊湊，閥門自重減輕，可提高材料利用率和降低成本，提升產品競爭力。采用鍛焊結構閥體和鍛造內件后，減少了鑄件中很難避免的裂紋、夾砂、縮孔、砂眼及疏松等缺陷，增強了閥門的抗變形能力、承壓能力和抗沖蝕能力，使閥門的剛度和使用可靠性及安全性都有極大的提高，從而確保閥門的穩(wěn)定工作。鍛焊結構閥體有中腔部位焊縫，增加了對焊、焊縫檢查的費用。可以根據(jù)企業(yè)設備能力和運營狀況，分析其成本，選擇合適的設計方案。

5設計與制造

水壓試驗閥隨機組長期高溫高壓運行，而且隨著大容量、空冷、超臨界、超超臨界機組的增多，水壓試驗閥參數(shù)也越來越高，口徑越來越大，閥門的可靠性顯得至關重要。

5.1選用標準

閥門設計制造與驗收應按照標準ASME B16.34－2004《法蘭、螺紋及焊接連接閥門》或E101{日本火力發(fā)電用閥標準》執(zhí)行。標準中對材料溫度、壓力、閥體壁厚、各種材料選擇、結構長度、法蘭尺寸和焊接端等均作了說明，對特殊部位尺寸設計、各種檢驗項目、檢查方法和判定基準進行了嚴格的規(guī)定，從根本上保證了閥門質量，提高了產品的可靠性。

5.2檢驗與試驗的國內外標準

我國的GB/T13927－92和JB/T9092－1999，國際的IS05208－93，美國的APl598－96和MSS SP61－92，英國的BS5146－84和日本的JIS2003-87等，都明確規(guī)定了閥門的檢驗和試驗標準，試驗方法及評定標準，同時對試驗壓力，試驗用介質及檢驗持續(xù)的最小時間等都做了明確的規(guī)定。閥門試驗的標準總體上來講可以分為兩太體系：一是以ISO5208－93為主導的普通工業(yè)用閥門的標準體系。如GB/T13927－92、MSS SP61－92和BS5146－84。另一是以美國石油協(xié)會標準APl598－96為主導的標準體系。如JB/T9092－1999等。在檢驗和試驗中。各標準的主要內容還是一致的。如強度試驗壓力是公稱壓力的1.5倍，液體高壓密封試驗為公稱壓力的1.1倍；氣體低壓密封試驗約為6bar(0.6MPa)，對殼體的試驗要求是在所持續(xù)的時間內不允許有可見泄漏，非金屬密封的閥門不允許有可見泄漏，試驗介質的要求也相同。

5.3材料選擇

材料選擇的原則是根據(jù)管道材料和溫度壓力等參數(shù)來進行選擇。對于600MW以下亞臨界機組，主蒸汽管道介質工作溫度在565℃以下，水壓試驗堵閥一般選用12CrlMoV、ZG20CrMoV、WC9、ZGl5CrlMolV低合金鋼材料。GISCrlMolV和ZG20CrMoV具有很好的高溫機械性能，但在高溫狀態(tài)下延展性變差，焊接性差，并伴隨溫度變化金屬硬化性增加，裂紋傾向嚴重，特別是在熱處理方法不當或熱處理不規(guī)范時，極易產生比較嚴重的裂紋和延遲裂紋，給設備安裝、使用、運行等帶來極大安全隱患和困難。WC9有很好的高溫機械性能，鑄造和焊接性能優(yōu)于Cr2MoV鋼，對裂紋不敏感，在大量使用中未發(fā)現(xiàn)裂紋等問題。再熱器冷段水壓試驗堵閥一般選用25、WCB、ZG230－450碳鋼材料，600MW超臨界機組及以上機組過熱器、再熱器出口堵閥一般選用A217－C12A(鑄件)或sAl82～F91(鍛件)材料。300MW、600MW亞臨界機組過熱器管道材料若為A335－P91，堵閥材料可選用A217－C12A或A182－F91，或選用ZGl5CrlMolV、WC9焊接SAl82－F91過渡段。1000MW超超臨界堵閥選用鍛焊結構。采用鍛焊結構，可大大降低制造及材料成本，在規(guī)范焊接操作的情況下同樣可以保證產品性能。

5.4閥門強度及剛度

大口徑水壓試驗閥的強度計算可以按照ASME B16.34等相關標準選取或者按照有關壁厚公式及應力分析公式求取，同時對高溫工況進行強度校核。對于翻板式堵閥應進行闊體剛度校核，使閥體在強度試驗壓力作用下不能產生影響閥座密封的變形量。

6結語及建議

閥門是用于流體控制的管道裝置，在電站、鍋爐、核工業(yè)、航空航天等領域具有重要作用。水壓試驗閥作為隔離裝置在鍋爐系統(tǒng)水壓試驗中得到了廣泛的應用。隨著我國大容量、高參數(shù)火電機組的建設，對配套的水壓試驗閥的要求在不斷增高，閥門產品可靠性越來越重要。因此對水壓試驗閥的選用應仔細分析不同結構閥門的性能，明確選型參數(shù)，指定內容全面的設計制造規(guī)范，合理選擇閥體材料及整體鍛、拼焊鍛或鑄造等加工方法，為實現(xiàn)高端閥門產品國產化創(chuàng)造條件。由于石油、化工、電站、造船、宇航及海底采油等工程的需要，促進了閥門工業(yè)的迅速發(fā)展。人們在加強閥門的結構、材質和生產工藝研究的同時，還應注意關閉件結構和密封面材料的研究改進，從而提高閥門的性能和可靠性，并降低成本，滿足各方面對閥門性能的更高要求。