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黑水调节角阀的气蚀分析及改造方案
精嘉阀门 中国·精嘉阀门集团 中国·精嘉阀门集团武汉分公司 上海精嘉阀门集团有限公司武汉分公司 精嘉阀门武汉 武汉精嘉阀门 武汉阀门 / 2021-03-15

 

1 黑水调节角阀腐蚀与气蚀的原因分析

      造成FV-1404和FV-1405灰水调节角阀损坏的原因主要有两个,排在头一位的是腐蚀,第二是气蚀。

      通过调节角阀的介质是含有细灰的灰水,工作压力7.4MPa,压差7.26MPa,调节角阀出口压力0.14MPa,介质温度为11O℃,灰水通过调节角阀恰恰处于这一温度下的饱和蒸汽压力附近(0.15MPa),经过节流后闪蒸流体,在压力恢复区气泡炸裂,释放出强大的能量气蚀了阀体的内壁。

      另外,洗涤水呈碱性,pH值为9.0~9.6。而原设计中调节阀铸件阀体的材料是ASTM A217 Gr-WC9,属于一种合金结构钢的铸件形式,相当于国产钢的ZG15CrMo1V钢号,是非耐酸钢,对碱性介质缺乏足够的耐蚀能力,因此导致了阀体及内件的快速腐蚀。

      2 黑水调节角阀操作产生振荡

      研究FV-1404、FV-1405的腐蚀与气蚀现象与操作过程中产生振荡的问题,对后来新增P-1406的3号、4号泵出口回流阀的选型有好的指导意义。

      2.1 设计条件

      工艺介质:灰水;
      较大流量:85m3/h;
      工作温度:110℃;
      上游压力:7.4MPa;
      下游压力:0.14MPa;
      阀关压差:8.9MPa;
      比    重:0.950;

      原设计调节阀型号:37-21125(执行机构隔膜的有效直径为De=33cm,气关阀);形式:GLOBE阀,非平衡柱塞型阀内件,4B×1-1/2:供气压力:250kPa;流向:流开。

      2.2 黑水调节阀有效输出力计算

      执行机构输出力与作用于阀内件的较大不平衡力的计算如下。

      执行机构的较大输出力Fmax:

      Fmax=Ae•(Pe-Po-Pt-Pf)•10-4•103

              =(33)2/4•π•[(250 - 20)- 20 - 80 - 15] •10-4•103

              = 9830.95(N)

      式中 Ae——表示隔膜的有效面积(m3 );
             Pe——表示供气压力(kPa);
             Po——弹簧启动压力(kPa);
             Pt——弹簧范围(kPa);
             Pf——填料摩擦力的等效压力损失;

      气源管路及阀门定位器压力损失不计。阀关压差下的较大不平衡力Ft:

      Ft =  π/4•(dg2•△Pmax + ds2•P2)•10-4•103

          = π/4•[(3.8)2•(8.9×103- 0.14×103)+(1.3)2×0.14×103] •10-4•103

          = 9948.40(N)

      式中 dg——阀座通径(cm);
              ds——阀杆直径(cm)。

      根据计算,执行机构的有效输出力Fe为:

      Fe= F - Ft

         = 9830.95 - 9948.40

         =-117.45(N)

      根据计算,有效输出力为负值,其结果是由于执行机构输出力的不足,产生阀位上下振荡。

      3 解决问题的办法

      3.1 提高阀门定位器的供气压力

      为了消除阀位上下振荡,在没有对调节角阀实施改造的情况下,只有一个的办法是提高阀门定位器的供气压力,以达到提高输出力的目的。所以,将供气压力提高到280kPa(净提高量为30kPa)。此时执行机构的输出力为:

      F' =F+30×104×103•Ae

         = 9830.95 + 30×10-4×103×(33)2/4• π

         = 12395.545(N)

      因为|F'|>|Ft|,所以阀位不会产生振荡。

      3.2 回流调节角阀的技术改造

      通过对FV-1404和FV-1405运行状况的论证分析,再根据计算得出的结果,可以得出原设计对FV-1404和FV-1405调节角阀选型错误的结论。为了增强其抵抗气蚀与腐蚀的能力,提高调节质量与可靠性,必须实施技术改造。

      笼式调节角阀,是专门针对存在气蚀与噪声的工况而设计的一种调节角阀。采用平衡型阀内件的笼式阀,不仅能够有效地克服静态与动态不平衡力,而且通过对阀笼的巧妙设计,可以把高压差流体携带的能量,分级降低或抵消在笼内,减少或消灭闪蒸与气蚀产生的条件。除此之外,合理选择阀体及阀内件材料,达到耐蚀的目的。

      4 灰水调节阀改造效果及推广应用

      较初对FV-1405的改造采用了FISHER公司的657/40-3”ET笼式阀,阀体采用CFSM SST Cast材质,阀内件采用17-4PH SST及416 SST材质,运行效果良好,有效地降低了气蚀并消除了振动,无故障运行时间达到了4个月以上。

      通过对阀内件的仔细观察发现,仍有少量气蚀现象发生。换句话说,阀笼对流体在通过节流口之前,对流体能量的消耗能力不够。在流体收缩断面,部分流体的压力仍低于工作温度下的饱和蒸汽压。

      在1406-3泵和1406-4泵项目上,回流阀采用双层笼式阀,分阶段地压力降使闪蒸受到抑制,由于控制了流体的运动速率及减轻了流体的冲撞,调节角阀内部构件的寿命延长,流关式的结构不但消除固体颗粒的危害,而且使阀门关闭严密。

      目前,FV-1404A调节阀、FV-1404B调节阀的无故障运行周期至少在一年以上。

 

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