鍋爐給水系統調節閥常見損壞原因分析及改進措施

陳建強

摘要：通過闡述3×160t/h循環流化床鍋爐主給水國產調節閥的損壞情況，分析了鍋爐主給水系統高壓差調節閥運行過程中的損壞原因，針對DN100 ANSI600主給水調節閥閥籠、閥芯的損壞情況及故障分析，提出了一種新的改進措施。經驗證，新結構解決了原閥內件易損的情況，能夠滿足鍋爐給水系統調節閥長周期、可靠運行的要求。

Abstract： This paper describes the damage of the domestic control valve in 3×160t/h circulating fluidized bed main feed water system，and analyzes the cause of the damage during the operation of the boiler main feed water system high pressure difference control valve. To the damage and failure analysis of valve cage and plug of DN100 ANSI600 main feed water domestic control valve， this paper puts forward a new improvement measure. The test shows that new structure solves the vulnerability of the original valve trim， it can meet the requirements of the boiler feed water system control valve for long-term and reliable operation.

關鍵詞：鍋爐主給水調節閥;損壞情況;氣蝕;改進措施

Key words： main feed water control valve;damage condition;cavitation;improvement measure

中圖分類號：TM621.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）30-0153-02

0 ?引言

國內某煤化工企業動力站采用3×160t/h循環流化床鍋爐為整套裝置提供蒸汽。鍋爐在運行過程中，需要鍋爐主給水調節閥對進鍋爐給水量進行調節，來滿足鍋爐用水需求。可是在生產中，經常發現鍋爐給水系統中國產鍋爐主給水調節閥震動大，噪音高，內漏大，流量控制不穩等故障，影響鍋爐長周期、正常運行。解體發現，調節閥閥籠、閥芯局部存在氣蝕損傷，閥芯有沖刷，基材缺失，嚴重時出現閥桿斷裂等現象。為了解決以上存在的問題，根據氣蝕、沖刷及斷裂產生原因，結合系統工藝，從調節閥閥內件的結構和材質選擇方面進行改進，提出了解決和預防主給水調節閥損壞的有效方法。

1 ?氣蝕產生的條件

根據伯努利原理表述：p+1/2ρv2+ρgh=C，式中p為流體中某點的壓強，v為流體該點的流速，ρ為流體密度，g為重力加速度，h為該點所在高度，C是一個常量。它也可以被表述為p1+1/2ρv12+ρgh1=p2+1/2ρv22+ρgh，其推論為：等高流動時，流速大，壓力就小。在鍋爐主給水系統中，調節閥是節流元件，以國內某煤化工裝置3×160t/h循環流化床鍋爐為例，鍋爐給水系統由給水泵提供高達17MPa來水壓力，來水經過主給水調節閥（DN150 PN100）調節，閥后壓力可降至5MPa，調節閥前后壓差在閥門低負荷時最大達到12MPa以上。綜上所述，在正常運行過程中，主給水調節閥閥芯、閥籠節流處流速大幅度提高，壓力急劇下降。此時，如果流體經調節閥節流處的壓力低于汽化壓力，將產生氣蝕或閃蒸現象。在調節閥閥芯與閥座密封副連接處，介質流速達到最大值，但此時介質壓力最小，當介質壓力低于此處介質的飽和壓力時，介質氣化成氣體，形成氣泡，這種現象就叫閃蒸。在閥座閥芯密封副之后，流道流通面積加大，介質流動速度開始下降，此處壓力并不能保持在飽和蒸汽壓力以下，而是隨著流速減小，壓力急劇上升，對閃蒸形成的氣泡進行擠壓，造成氣泡破裂，破裂時產生的巨大沖擊力嚴重損傷閥芯、閥籠，形成氣蝕。

2 ?改進措施

通過分析閥芯、閥籠氣蝕形成的條件，可以得出，氣蝕損壞的主要原因有：①在高壓差、高流速工況條件下，介質在流經閥芯、閥籠密封副時流速高、壓力急劇下降，低于此處的汽化壓力，產生氣蝕;②調節閥閥內件發生損壞是由于閥內件材質硬度無法抵抗氣蝕時產生的巨大沖擊力。

為了排除以上因素對閥門造成的損壞，可以從①降低閥芯、閥籠密封副處介質流速，提高流出節流處的介質壓力，不使介質壓力低于汽化壓力，防止氣蝕的產生;②提高調節閥閥芯、閥座密封副處閥內件材質硬度，增強抗氣蝕、抗沖擊的能力。在閥門設計中，減小介質流速一般采用對介質流道進行“S”型流道設計，使介質在流動過程中受流道流向及形狀等因素影響，在流動過程中逐步減緩流速，防止壓差急劇下降，排除氣蝕產生的條件。因此在實際操作中，我們將閥籠流道孔的結構進行改進，由之前單一的多孔結構改進為采用多孔和串級的混合結構（結構見圖2），流體先經過閥籠流量孔進行第一級節流，再經過二、三級連續串級節流。這種結構設計，通過多層流道進行逐級減壓，允許壓差大，介質經每級減壓后，對閥內件沖刷力逐級減小，可以有效避免閃蒸和氣蝕工況的產生，流體通道呈S流線型，調節精度高，調節閥動態穩定性好，改進后的閥籠明顯改善了之前閥門存在振動、易受氣蝕、沖刷損壞，使用壽命短的情況。

循環硫化床鍋爐給水介質是除鹽水，介質單一，除鹽水從給水泵出口噴出，給水泵設計最高壓力可達20MPa，通過給水泵出口電動壓力調節閥，將介質壓力調節至13MPa左右供至鍋爐主給水調節閥。此處的管道介質壓力較高，對鍋爐主給水閥門的閥內件沖擊造成損害較大，此時如果調節閥閥內件材質硬度不足，無法抵抗介質沖刷，容易導致閥內件沖刷，基材缺失損傷，造成閥門內漏。通過分析介質化學性能并結合現場實際工況，我們對鍋爐主給水調節閥閥籠、閥芯、閥座進行改進，選用9Cr18MoV不銹鋼對原來的316L不銹鋼進行替代。并對9Cr18MoV材質進行淬火熱處理，該材質淬火后洛氏硬度可以達到HRC56-58，能有效抗擊高壓除鹽水的沖擊。同時，它的抗腐蝕性能也較強，能夠滿足該工況下閥內件的耐腐蝕性要求。同閥芯、閥座密封副采用處堆焊鎳基合金以提高閥內件表面硬度的工藝相比較，9Cr18MoV的淬火后硬度高于堆焊鎳基合金不銹鋼的硬度，同時，在滿足鍋爐主給水工況的條件下，它的經濟性更佳。

3 ?結論

改進后的閥籠結構采用三級降壓結構，使介質壓力逐步從最高壓力降至閥后工作壓力，破壞了氣蝕形成的條件，閥籠、閥芯的使用壽命顯著延長。閥內件選用高強度不銹鋼制造，材質進行淬火硬化處理，硬化處理后的閥芯、閥籠、閥座表面硬度較高，材質抗氣蝕能力增強，滿足了鍋爐主給水調節閥長周期、可靠運行的要求。

參考文獻：

[1]通用機械研究所.閥門設計與計算.

[2]陸培文.實用閥門設計手冊[M].機械工業出版社.

[3]李詩文.工程流體力學[M].機械工業出版社.

[4]吳天明.燃煤機組鍋爐低氮燃燒器改造運行調整探討[J].價值工程，2019，38（24）：164-165.