循環流化床排污截止閥的選型分析

高江鵬，王楠楠，嚴 婷，謝 纓

（1.新疆宇澄熱力股份有限公司，新疆克拉瑪依 834000；2.新疆油田公司風城油田作業區，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

為響應國家環保節能方針，稠油注汽循環流化床鍋爐采用油田回用水為給水進行蒸汽生產輔助采油。油田回用水參照QSY 1275—2010《油田污水回用濕蒸汽發生器水質指標》，將凈化軟化水與清水軟化水按照6∶4的摻混水，礦化度約2000 mg/L，電導率2300μs/cm。為確保鍋爐安全平穩運行，防止爐水鹽濃縮倍率超標而型成水垢，運行中鍋爐將進行定期排污與連續排污。循環流化床鍋爐排污閥一般采用截止閥，一旦閥門內漏將造成鍋爐散熱損失增加、熱效率降低，鍋爐經濟效益下降。

1 案例概述

稠油注汽循環流化床鍋爐蒸汽壓力14.2 MPa、主蒸汽溫度366℃，定排閥（即定期排污閥）為KJ61Y的T形抗沖刷截止閥。單臺鍋爐定排閥共18個，分別控制水冷屏、水冷壁、蒸發管束、過熱器、上升管、下降管、省煤器等排污，在實際運行中頻繁發生內漏。鍋爐年檢期間對閥門解體檢查，閥瓣及密封面磨損嚴重無法使用，最終更換12個，損壞率高達66.66%。

2 密封面磨損原因分析

在實際運行中，因油田回用污水水質較差，每日定期排污次數需進行3次，每次30 s。將閥門解體檢查，閥瓣密封面有0.2～3.0 cm劃傷痕跡、銹蝕及凹坑，閥門檢修中個別出現顆粒物堵塞情況，將顆粒物送檢分析為氧化鐵和硫酸鹽（圖1～圖2）。綜合分析后認為，定排閥門內漏的原因主要有4個：①閥門開啟瞬間密封面受夾雜水滴與顆粒物的高速氣流沖擊，產生沖蝕；②閥門流阻大，排污水在高溫高壓且高速的情況下氣化并沖刷密封面造成密封面嚴重汽蝕；③當閥門關閉時，閥瓣與閥座之間極易夾雜顆粒物，造成密封面壓傷、密封不嚴，繼而受高速介質長期沖刷，導致閥門內漏；④高含鹽水中的雜質多，極易造成結垢，腐蝕閥瓣與閥座密封面。

圖1 T形截止閥汽蝕損傷閥瓣

圖2 T形截止閥閥座內雜物及焊接工藝造成損傷

3 T形截止閥與Y形截止閥不同點對比

3.1 內部構造不同

T形閥體結構為Z形曲折流道，閥門關閉時，因閥前為高溫高壓排污水，閥瓣前后出現壓力差，閥門開啟的力矩較大（圖3）。在閥門開啟過程中，因開度不同，閥瓣與閥座之間介質形成渦流，高含鹽水不斷沖刷閥芯并出現汽蝕與腐蝕現象，導致閥門密封快速失效產生內漏。當閥門關閉時，隨閥瓣下降，閥瓣前后壓差逐漸上升，流阻迅速增大，高流速介質沖刷造成密封面磨損。閥門關閉最后，介質內顆粒物將夾在閥瓣與閥座密封面之間，造成關閉不嚴。為防止繼續內漏，運行人員將加關閥門致使密封面壓傷形成凹槽，永久受損，內漏加劇。

圖3 T形截止閥結構示意

Y形截止閥結構是提升桿與閥門出入口軸線傾斜45°角的Y形直流結構，且出入口軸線是與管線在同一直線上的直流流道（圖4）。閥門開啟或關閉時，閥體不發生直角旋轉且閥芯受流體推力被推出，流體流動的方向不發生改變，未形成紊流，無法在閥體形成渦流狀穴坑，閥門流阻降至最低，密封面沖刷大幅降低，從而延長密封面壽命。當閥門垂直于地面時，流體方向與密封面平行，沖刷力不直接作用于密封面并起到一定吹掃作用，避免顆粒物在密封面上停留及高速流體對主密封面的沖刷損傷，解決閥門內漏問題。

圖4 Y形截止閥結構示意

3.2 密封焊接不同

現用的T形閥是以模鍛毛坯密封面形式的強制密封，閥瓣材料為鈷基高溫合金（2Cr13+STL），閥體材料為鈷基高溫合金（A105+STL），密封面采用手工電弧堆焊方式，閥門堆焊處內孔直徑19～75 mm、深98～221 mm，孔小距深，能見度差，堆焊困難，加工質量難以很難保證。

Y形截止閥因結構優勢，減少密封面沖刷，為使密封面適應惡劣水質，延長閥門的使用壽命，閥瓣與閥座焊接工藝改為噴焊方式，將自溶性合金粉末涂層加熱至1000～1300℃，使顆粒熔化，造渣上浮到涂層表面，生成的硼化物與硅化物彌散在涂層中，使顆粒間和基體表面結合良好，形成致密的金屬結晶組織，并與基體形成厚約0.05～0.10 mm、強度約400 MPa的冶金結合層，且具有較好的抗沖擊、耐磨、耐腐蝕性能，同時外觀呈鏡面，不受焊接工藝操作空間的影響，確保加工質量。

3.3 現場使用壽命效果對比

針對上述情況，在同一臺鍋爐的18根定排管線上安裝T形截止閥和Y形截止閥各9個，同時在腐蝕性強、雜質多、含鹽濃度高的油田回用水的沖刷下開關頻次一樣，連續運行1年后于鍋爐年檢期間解體檢查，相關數據見表1。

表1 T形截止閥和Y形截止閥的實驗數據對比

由表1可知，經一年運行，T形截止閥損壞率達到89%，且閥體主要部件受損；Y形截止閥損壞率雖有11%，但其僅為閥瓣密封面有略微壓傷，不影響閥門本體使用。因此，Y形閥比T形閥有明顯的抗沖刷優勢。

4 結論

稠油注汽循環流化床鍋爐定期排污所采用的Y形截止閥，因Z形曲折流道結構及堆焊密封面，閥門開關過程中局部流阻大幅上升、產生紊流，造成密封面受腐蝕性強、雜質多、含鹽濃度高的油田回用水高速沖刷，致使密封面磨損、腐蝕且制造質量難以保證，閥門的使用壽命降低。采用Y形截止閥直流結構及噴焊密封面，流體方向與密封面平行，流阻低、避免發生紊流，大大提升了閥門的抗沖刷、抗腐蝕性能：①確保了閥門制造質量，延長閥門使用壽命；②避免閥門內漏造成鍋爐熱效率降低，提高率經濟效益；③避免填料因水質的影響使閥桿產生結鹽造成操作開關不靈活；④避免管線內堵塞造成排污不暢引起鍋爐水質惡化結垢影響換熱能力增加運行成本；⑤避免填料因阻力過大損傷，閥門刺漏造成安全隱患和環境污染。

因此，Y形截止閥較T形截止閥在結構及制造工藝方面進行了改進，避免了閥門以上5個問題，解決了油田回用污水給循環流化床定排解質閥門造成的難題。