鍋爐車間給水調(diào)節(jié)閥常見故障及處理

宋兆華

（中國石化洛陽分公司熱電部，河南洛陽 471012）

0 引言

熱電部1#、2#煤粉爐和3#CFB 爐給水系統(tǒng)均使用FISHER品牌調(diào)節(jié)閥對鍋爐給水量進行調(diào)節(jié)。為保證鍋爐正常給水，預(yù)防汽輪機水沖擊及汽包受熱不均而變形，給水調(diào)節(jié)閥以汽包水位（±50 mm）為控制目標(biāo)，通過蒸汽產(chǎn)量和給水流量反饋作為三沖量控制手段對閥門開度邏輯控制。3 臺鍋爐給水系統(tǒng)多年來總體運行正常，但2014—2015 年給水調(diào)節(jié)閥故障頻繁，直接或間接造成鍋爐停工7 次，已成為影響鍋爐平穩(wěn)運行的最大隱患因素。本文介紹鍋爐車間給水調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)、工作原理及常見故障，并給出了當(dāng)給水調(diào)節(jié)閥故障條件下的操作及檢修方法建議。

1 給水調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)介紹

鍋爐車間現(xiàn)場所使用的給水調(diào)節(jié)閥均為單閥籠，帶合金閥座，高進低出，平衡式調(diào)節(jié)閥，詳細規(guī)格見表1。

表1 使用的給水調(diào)節(jié)閥規(guī)格

給水調(diào)節(jié)閥是在1 個單座閥體內(nèi)插入1 個圓筒形閥籠，閥籠上開有一定流量特性的窗孔，以閥籠為導(dǎo)向，裝配1 個能在軸向自由滑動單閥芯（圖1）。當(dāng)閥芯動作時，通過閥芯與閥籠圓孔所形成的流通面積的變化，實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。HPT 型高壓汽水調(diào)節(jié)閥具有允許壓差大，內(nèi)構(gòu)件更換、維修容易，流量大，調(diào)節(jié)范圍廣，動態(tài)穩(wěn)定性好，噪聲低，空化腐蝕小等優(yōu)點。適用于壓差大，要求工作平穩(wěn)、噪聲低的場合，是應(yīng)用較廣泛的調(diào)節(jié)閥。其閥籠又有迷宮式和多孔式兩種形式（圖2），鍋爐車間均為多孔式。

2 給水調(diào)節(jié)閥內(nèi)構(gòu)件材料介紹

鍋爐車間給水系統(tǒng)6 臺調(diào)節(jié)閥內(nèi)構(gòu)件材料見表2，材料性能見表3。熱電部鍋爐給水調(diào)節(jié)閥內(nèi)構(gòu)件材料，在硬度特性上存在著閥芯=閥座＞閥籠＞閥桿的關(guān)系。

圖1 給水調(diào)節(jié)閥基本結(jié)構(gòu)

圖2 HPT 型高壓汽水調(diào)節(jié)閥閥籠

閥桿均選用了Nit 50（全稱Nitronic 50，在ASTM 標(biāo)準(zhǔn)中編號為S20910），是一款滲氮強化奧氏體不銹鋼，相當(dāng)于國內(nèi)牌 號 00Cr22Ni13Mn5Mo2N。其抗腐蝕性能優(yōu)于316、61 6L、317 和317L，且室溫下屈服強度幾乎是它們的2 倍，但同時具有優(yōu)秀的機械加工性能。閥籠材料均選用S17400 SST（簡寫17-4，H1075 為熱處理狀態(tài)代號）相當(dāng)于中國牌號0Cr17Ni4Cu4Nb，是由銅、鈮構(gòu)成的沉淀、硬化、馬氏體不銹鋼，具有高強度、高硬度。同1 臺調(diào)節(jié)閥的閥芯和閥座保持相同材料S41600 SST/416 SST HD 相當(dāng)于國內(nèi)牌號Y1Cr13，是改善3Cr13 切削性能的鋼種，其含碳量低，屬于易切削馬氏體不銹鋼，俗稱不銹鐵，因碳含量較高因此可以進行熱處理，其力學(xué)性能也因其熱處理狀態(tài)不同而各異；440C SST 不銹鋼是一種高碳高鉻馬氏體型不銹鋼，含碳量在1.0%，含鉻量17%，具有所有不銹鋼、耐熱鋼中最高的硬度和中等的耐磨性能。

3 裝置給水調(diào)節(jié)閥故障統(tǒng)計

2014—2015 年，因給水調(diào)節(jié)閥停工檢修的統(tǒng)計信息見表4。從統(tǒng)計中可以看出，由于閥芯卡澀或閥桿斷裂，導(dǎo)致給水調(diào)節(jié)閥失靈，從而引起汽包補水與蒸發(fā)量不匹配，是造成裝置生產(chǎn)波動乃至聯(lián)鎖動作停工的主要原因；調(diào)節(jié)閥大蓋及填料處密封外漏問題也曾多次出現(xiàn)，是威脅現(xiàn)場安全生產(chǎn)的因素之一。

表2 調(diào)節(jié)閥選型數(shù)據(jù)（節(jié)選）

表3 所選材料力學(xué)性能

表4 給水調(diào)節(jié)閥停工檢修

4 給水調(diào)節(jié)閥故障原因及處理

4.1 調(diào)節(jié)閥閥芯卡澀

給水調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)卡澀的主要原因是介質(zhì)不潔，含帶雜質(zhì)，經(jīng)常發(fā)生于新投運系統(tǒng)和大修后投運初期，是最常見的故障。在現(xiàn)有設(shè)備條件下，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時應(yīng)在確保給水旁路或輔助調(diào)節(jié)手段投用后，保證水位穩(wěn)定的情況下，手動開啟或關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，促使雜質(zhì)從閥芯閥籠間脫落。但當(dāng)同一臺調(diào)節(jié)閥使用中頻繁出現(xiàn)卡澀故障時，就應(yīng)該考慮調(diào)整盤根壓緊程度，減少其摩擦力或擇機檢查閥芯密封組件是否已損壞故障。

HPT 型給水調(diào)節(jié)閥為降低閥門漏量，設(shè)計在閥芯上沿安裝有密封組件（圖3）。密封組件由4 個獨立部分組成，熱電部鍋爐所使用的密封組件自上而下分別是保持環(huán)、背環(huán)、防脫環(huán)、密封環(huán)：①保持環(huán)結(jié)構(gòu)類似環(huán)形鑰匙圈，起到鎖緊密封組件作用；②背環(huán)由不銹鋼或黃銅材料制成，起到增加密封組件穩(wěn)定性的作用；③防脫環(huán)可防止閥芯上下動作時密封環(huán)自閥籠與閥塞間隙中擠出；④密封環(huán)外層材料為聚四氟乙烯（PTFE），內(nèi)含不銹鋼螺旋形骨架，當(dāng)溫度壓力上升后，由于PTFE 層膨脹，在閥芯和閥籠間起到密封作用。

聚四氟乙烯具有一系列優(yōu)良的使用性能，使其成為密封環(huán)外層材料的不二之選：耐高溫，正常工作溫度≤260 ℃，熔點327 ℃；耐腐蝕，能耐王水和一切有機溶劑；抗老化，有塑料中最佳的老化壽命；高潤滑，具有塑料中最小的摩擦因數(shù)（0.04），比冰還要光滑；不粘性，具有固體材料中最小的表面力而不粘附任何物質(zhì)。但聚四氟乙烯表面硬度相對較低，當(dāng)輸送介質(zhì)中出現(xiàn)焊渣、鐵屑等雜質(zhì)會造成密封環(huán)劃傷損壞。若管道內(nèi)當(dāng)密封環(huán)損壞脫落，無支撐固定的背壓環(huán)在閥芯動作時就會出現(xiàn)側(cè)向偏移，與閥籠產(chǎn)生摩擦，使閥芯動作受阻（圖4）。

圖3 密封組件

4.2 調(diào)節(jié)閥動作失靈

當(dāng)操作人員發(fā)出動作指令，但調(diào)節(jié)閥實際無法動作時，即出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥失靈故障。除儀表線路故障外，調(diào)節(jié)閥失靈故障的直接原因均是執(zhí)行機構(gòu)與閥桿連接斷開，執(zhí)行機構(gòu)扭矩?zé)o法傳遞至閥芯造成。但故障的形成有2 種情況：①當(dāng)調(diào)節(jié)閥使用電動執(zhí)行機構(gòu)時，電動執(zhí)行機構(gòu)與閥桿間銅套故障，導(dǎo)致電動執(zhí)行機構(gòu)無法帶動閥桿動作，銅套故障的原因除正常磨損外，要考慮當(dāng)前閥門是否存在動作時內(nèi)構(gòu)件阻力過大或電動執(zhí)行機構(gòu)力矩設(shè)定不當(dāng)?shù)惹闆r；②HPT 型給水調(diào)節(jié)閥閥芯與閥桿為螺紋連接，并在閥桿45°夾角方向安裝閥桿止退銷（圖5，銷材料一般與閥桿保持一致），鍋爐車間給水調(diào)節(jié)閥前后壓差較大，閥芯閥桿組件在工作時一方面承受水壓上頂形成的壓力，一方面承受執(zhí)行機構(gòu)傳遞的扭矩，長時間下易形成疲勞損傷，當(dāng)閥桿斷裂或止退銷脫落，造成閥桿與閥芯脫開，也會導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥失靈。為防止閥芯承受壓差過大，在閥芯頂端開有平衡孔以減少受力（圖6）。

圖4 留頂煤掘進期間防滅火注膠孔布置

圖5 HPT 型閥內(nèi)件

4.3 調(diào)節(jié)閥閥芯閥籠沖蝕

據(jù)伯奴利方程，管道內(nèi)流體流速提高壓力就會下降。在調(diào)節(jié)閥閥籠開孔和閥芯閥座這2 個節(jié)流部位，介質(zhì)速度會大幅度提高，壓力急劇下降。如果流體在節(jié)流處的壓力低于汽化壓力Pv將產(chǎn)生汽蝕或閃蒸現(xiàn)象：如果液體流過管道節(jié)流處，壓力恢復(fù)后，下游壓力P2仍低于汽化壓力Pv（此時流體內(nèi)仍有氣泡），這種現(xiàn)象稱為閃蒸；如果液體流過管道節(jié)流處，壓力恢復(fù)后P2高于汽化壓力Pv（此時流體內(nèi)氣泡破裂），形成高速射流，這種現(xiàn)象稱為氣蝕。

熱電部鍋爐給水調(diào)節(jié)閥閥前壓力是12.5 MPa，閥后壓力在11.2 MPa 左右，給水溫度在150 ℃左右，此時的飽和蒸氣壓為0.475 MPa。由于調(diào)節(jié)閥前后壓差ΔP＞飽和蒸氣壓，會發(fā)生氣蝕情況。但實驗表明當(dāng)ΔP＜2.5 MPa 時，即使產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，對材料的破壞也不嚴(yán)重。鍋爐車間3#爐主給水調(diào)節(jié)閥在使用6 年后閥籠窗孔完好，閥芯僅有微弱沖蝕痕跡，總體并不嚴(yán)重（圖7）。因此，推薦的解決辦法是當(dāng)對閥內(nèi)件沖蝕劣化嚴(yán)重時，更換閥內(nèi)件。

4.4 調(diào)節(jié)閥盤根或大蓋密封外漏

圖6 閥芯頂端平衡孔

調(diào)節(jié)閥發(fā)生大蓋處泄漏的原因主要是大蓋與閥體或閥籠處存有間隙。

間隙形成的原因有：①大蓋未壓緊，應(yīng)考慮緊固大蓋螺栓；②大蓋墊片選用不當(dāng)，或安裝不當(dāng)，造成墊片與密封面接觸面積不足，應(yīng)考慮更換安裝墊片；③當(dāng)對閥門內(nèi)構(gòu)件以車削方式修復(fù)表面缺陷后，造成內(nèi)構(gòu)件軸向總高變化，導(dǎo)致大蓋密封面高度與墊片不匹配。

調(diào)節(jié)閥盤根處泄漏主要原因：①填料壓蓋未壓緊，應(yīng)考慮緊固螺栓；②填料不足，具有倒角密封的閥門可以在閥門全開狀態(tài)下在線更換填料；③閥桿或填料函有損傷，此時應(yīng)考慮檢修更換相應(yīng)配件。

5 結(jié)語

經(jīng)過多年使用觀察，F(xiàn)ISHER 牌調(diào)節(jié)閥能滿足生產(chǎn)需要，設(shè)備運行相對穩(wěn)定，維護簡單，但是仍應(yīng)該遵守檢修規(guī)程，在每次大修期對調(diào)節(jié)閥進行解體檢查，防范故障于未然。

圖7 閥芯沖蝕痕跡