火電廠水汽分析取樣裝置控制閥的優(yōu)化設(shè)計

王小旭

吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 吉林 吉林 132013

水汽分析取樣裝置作為火電廠的重要監(jiān)測裝置，其可靠性將直接影響發(fā)電系統(tǒng)能否平穩(wěn)運行，其中，控制閥是整個裝置中的重要部件之一。自本世紀(jì)初，我國火電建設(shè)逐漸朝著大容量、高參數(shù)方向發(fā)展。目前，火力發(fā)電站600 MW 超臨界機(jī)組主蒸汽壓力已達(dá)24.2 MPa、溫度538/566℃，1000 MW超超臨界機(jī)組主蒸汽壓力已達(dá)31 MPa、溫度593℃，主給水系統(tǒng)壓力則更高[1]。這就要求，控制水汽分析取樣裝置重介質(zhì)通與止的控制閥對耐高溫、耐高壓的能力也要有相應(yīng)提高。

當(dāng)前，國內(nèi)電廠水氣分離裝置中所用的閥門多數(shù)采用進(jìn)口的Swagelok閥和Park閥，這兩種閥不但存在著價格昂貴而且設(shè)計及使用過程中也都存在不足。Swagelok閥閥針的頭部為球形，球與孔的間隙易被水垢填滿，失去自由轉(zhuǎn)動能力，另外該閥沒有設(shè)置逆向可封閉結(jié)構(gòu)，安全性能較差；Park閥雖具有逆向可封閉功能，但閥針頭與控制桿連接不牢靠，易脫落。如何合理設(shè)計、加工出高性能的高溫高壓介控制閥，在降低設(shè)備安全隱患、降低電廠運行成本及提高電廠關(guān)鍵零件國產(chǎn)能力等方面都有著重大意義[2]。

一、閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計

依據(jù)我國火力發(fā)電廠設(shè)備指標(biāo)及水汽分析取樣裝置工作環(huán)境確定閥門主要技術(shù)參數(shù)如下：

(1)公稱壓力：35 Mpa；(2)設(shè)計溫度：620℃；(3)適用介質(zhì)：水、蒸汽；(4)驅(qū)動方式：手動。

介質(zhì)控制閥設(shè)計時采用GB/T12235及ASMEB16.34等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計得到裝配圖如圖1所示?？刂崎y主要包括閥體、螺紋外套、螺紋內(nèi)套、外聯(lián)螺母、密封圈、控制桿和鎖緊螺母?？刂茥U從上至下依次裝于螺紋內(nèi)套、密封圈、螺紋外套的底部和介質(zhì)控制口中，控制桿的上部與螺紋內(nèi)套上部螺紋連接，螺紋內(nèi)套上部與螺紋外套卡接，在控制桿上部套置的鎖緊螺母與螺紋內(nèi)套上端面相接觸、且與螺紋外套螺紋連接，詳見圖1。

圖1 閥門裝配圖

二、工作原理及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

逆向可封閉介質(zhì)控制閥由閥體、控制桿、針頭、螺紋內(nèi)套、螺紋外套和壓緊螺母等組成。介質(zhì)流通方向為圖示中左進(jìn)右出，以保證閥門關(guān)閉狀態(tài)下閥體內(nèi)部不存在介質(zhì)。控制桿與螺紋內(nèi)套采用螺紋連接，閥門開啟時，手柄帶動控制桿逆時針旋轉(zhuǎn)，螺紋內(nèi)套相對閥體靜止，控制桿向上運動。

設(shè)計時在控制桿下部設(shè)計一圓錐臺，如上圖所示13。當(dāng)控制其開度最大時，圓錐臺與螺紋內(nèi)套5的中心孔緊密接觸，使控制閥腔體與上密封隔斷。避免氣體進(jìn)入上密封腔，此時，即使上密封失效亦可避免產(chǎn)生泄漏。

三、材料選擇及工藝創(chuàng)新

由于水汽分析取樣裝置中介質(zhì)控制閥的工作環(huán)境存在著溫度高、溫差大的特點，因此普通材料制成的控制閥經(jīng)常出現(xiàn)易脫落、易結(jié)垢、易磨損等技術(shù)難題，進(jìn)而影響到整套發(fā)電裝置的安全運行。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)選用航空發(fā)動機(jī)用的高溫合金替代傳統(tǒng)加工材料，使用溫度可提高至近900℃，高溫合金具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能、良好的疲勞性能和斷裂韌性等綜合性能[4]，做合適的熱處理后整體車削而成的針頭可有效地解決易磨損問題，能夠有效的簡化在密封部分表面堆焊stely合金后進(jìn)行車削、磨削的傳統(tǒng)制造工藝，并可大幅度降低生產(chǎn)成本。

針頭與控制桿連接部位采用擠壓收口的連接方法，針頭在控制桿孔內(nèi)可以軸向傳動、周向轉(zhuǎn)動，既易于對接密封口又能有教的降低磨損，較大程度的延長使用壽命且不易脫落。

四、結(jié)論

文章根據(jù)我國火力發(fā)電廠發(fā)展過程中，對水汽分析取樣裝置中控制閥提出的新要求，提出了一種新的設(shè)計方案。通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，使得閥門在上密封件損壞或松動時亦能防止高溫高壓噴出，能夠有效的保障操作者安全；根據(jù)閥門工作環(huán)境對材料性能要求，選擇高性能航空材料，通過合適的熱處理，使產(chǎn)品耐高溫高壓性能大幅提高，極大的延長產(chǎn)品的使用壽命；創(chuàng)新針頭與控制桿連接方法，有效的解決了易結(jié)垢導(dǎo)致轉(zhuǎn)動不靈活的問題，并對類似零件的設(shè)計及加工有著一定的指導(dǎo)和借鑒意義。